[科普中國]-美國信使號水星探測器

任務(wù)背景以前的任務(wù)

1973年，美國航空航天局發(fā)射了“ 水手10號”，進(jìn)行了金星和水星的多次飛越。Mariner 10提供了水星的第一個詳細(xì)數(shù)據(jù)，繪制了40-45%的表面。2水星10號的最后飛行發(fā)生在1975年3月16日。隨后對地球的近距離觀測不會發(fā)生超過30年。

任務(wù)建議1998年，一項(xiàng)研究詳細(xì)說明了向水星發(fā)送軌道航天器的擬議任務(wù)，因?yàn)樾行窃谀且稽c(diǎn)是對內(nèi)部行星的最少探索。在水手10任務(wù)之后的幾年里，隨后的任務(wù)提議重新審視了水星，似乎太昂貴了，需要大量的推進(jìn)劑和重型運(yùn)輸火箭。此外，將飛船插入水星周圍的軌道是困難的，因?yàn)榻咏厍蛑苯勇窂降奶綔y器將被太陽的重力加速，并通過水星太快地到達(dá)軌道。但是，使用由陳婉顏于1985年設(shè)計(jì)的軌跡，研究表明，它有可能尋求發(fā)現(xiàn)類通過使用多個，連續(xù)的重力使命協(xié)助，圍繞金星和水星“swingby”演習(xí)，結(jié)合未成年人推進(jìn)的軌跡以逐漸減慢航天器，從而最小化推進(jìn)劑的需要。3

目標(biāo)該信使團(tuán)的目的是從軌道研究水星的特征和環(huán)境。具體來說，特派團(tuán)的科學(xué)目標(biāo)是：4

以表征水星表面的化學(xué)成分。

研究地球的地質(zhì)歷史。

以闡明全局磁場（磁磁層）的性質(zhì)。

確定大小和狀態(tài)為核心。

以確定極點(diǎn)處的揮發(fā)性庫存。

以研究水星的外域的性質(zhì)。

探測計(jì)劃1、按照計(jì)劃信使號航天器發(fā)射升空后，將環(huán)繞地球、金星、水星飛行7年，借助這3顆行星的引力提速，最終進(jìn)入水星軌道運(yùn)行。經(jīng)在太空疾馳88.4億千米之后，它才于2011年3月轉(zhuǎn)入環(huán)繞水星的橢圓軌道飛行，開始其1年的探測工作。

2、選擇這樣一條迂回線路的目的，就是為了節(jié)約燃料，以減輕“信使號”的質(zhì)量，降低成本。盡管如此，整個探測活動仍耗資4.27億美元，最終超出了“發(fā)現(xiàn)者”探測計(jì)劃預(yù)設(shè)的資金限額。

3、在地面測控中心的管理下，“信使號”最后將進(jìn)入一條近地點(diǎn)為201千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)為15000千米的橢圓軌道繞水星運(yùn)行，繞行一周為12小時。它將成為水星的第一顆人造衛(wèi)星，故能對水星整個表面進(jìn)行拍攝、測繪和遙感考察，而不像水手10號那樣只能覆蓋水星表面的45%。

探測任務(wù)1、信使號在這次飛掠過程中將對人類探測器此前未曾觀測過的大片水星區(qū)域進(jìn)行拍攝，預(yù)計(jì)將發(fā)回約1200張水星照片。

2、信使號在飛掠過程中還將對水星整體環(huán)境進(jìn)行研究，它發(fā)回的探測數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家分析水星表面組成成分、盆地、磁場和重力場等。

3、水星是距離太陽最近的行星，在冥王星由行星降格為矮行星后，水星成為太陽系中個頭最小的行星?？茖W(xué)家認(rèn)為信使號的探測結(jié)果將有助于人類從新的角度認(rèn)識水星，同時也可能為關(guān)于水星以及整個太陽系的一些未解問題找到答案。

功能特點(diǎn)1、美國宇航局發(fā)射的“水手10號”探測器曾于1974-1975年從水星旁飛過，拍到過一些照片，幾十年來天文學(xué)家們也是一直根據(jù)這些照片進(jìn)行研究。但是“水手10號”并沒有拍到水星全貌，現(xiàn)在這些空白將由“信使號”來填補(bǔ)。

2、水星是太陽系當(dāng)中距離太陽最近的一顆行星，盡管它并不大——只比月亮大一點(diǎn)，上面還布滿巖石，但它擁有與地球類似的地表環(huán)境。長久以來由于它表面溫度很高——可以令鉛融化，科學(xué)家一直無法對它進(jìn)行研究，對水星的研究可以為天文學(xué)家研究其它巖石星體提供珍貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

3、美國“信使號”水星探測器已成功進(jìn)入水星軌道，開始對水星進(jìn)行為期一年的拍照探測工作，這也是1975年以來美國宇航局首次對這顆離太陽最近的行星進(jìn)行探測，據(jù)宇航局工作人員介紹“信使號”的探索面積將達(dá)到95%。

運(yùn)行軌道“信使”號的12小時繞水軌道將是一個橢圓形。距離水星表面最近時，二者之間的距離不超過124英里(約合200公里)，最遠(yuǎn)時的距離達(dá)到9420英里(約合15193公里)。距水星地表高度的短暫變化允許“信使”號更好地了解水星的地質(zhì)特征。此外，橢圓形軌道也能保護(hù)“信使”號免遭水星荒涼表面反射的大量熱量侵襲。

進(jìn)入軌道后，“信使”號將一直從高空對“水星”進(jìn)行觀測，研究和分析它的這個最終歸宿地。這顆探測器并沒有足夠燃料幫助它重返地球。在收集數(shù)據(jù)的工作結(jié)束后，“信使”號將最終墜落水星，在水星坑坑洼洼的表面產(chǎn)生另一個大洞。

飛行速度研究人員表示，這顆探測器在6年半的太空飛行中相對于太陽的平均速度達(dá)到每小時8.45萬英里(約合每小時13.6萬公里)。這一速度幾乎是美國宇航局的航天飛機(jī)在低地球軌道飛行時的5倍。有時候，“信使”號的飛行速度超過每小時14萬英里(約合每小時22.5萬公里)，接近史上探測器的最快飛行速度。

體積“信使”號的主體高4.7英尺(約合1.42米)，寬6.1英尺(約合1.85米)，長4.2英尺(約合1.27米)，體積與一個大辦公桌相當(dāng)。它裝有2個太陽能電池板“翅膀”，面積為5英尺×5.5英尺(約合1.5米×1.65米)，在探測器兩側(cè)展開。“信使”號發(fā)射時的重量超過1噸，其中有超過一半的負(fù)荷為燃料，探測器本身以及所攜帶科學(xué)儀器的總重量大約在1100磅(約合500公斤)左右。

攜帶儀器1、信使號探測器攜帶著攝像機(jī)、磁力計(jì)、激光高度計(jì)、X射線分光儀、r射線分光儀、高能粒子分光儀、大氣和表面成分分光儀共7種科學(xué)儀器。

2、通過激光高度計(jì)提供的數(shù)據(jù)資料將能繪制水星表面的三維圖像，磁力計(jì)的探測結(jié)果有可能解開水星的磁場之謎，4種分光儀的測量能夠給出水星空間及其表面的確切元素比例和表面巖石的組成，還能判斷水星是否真的有冰存在。

3、鑒于水星自轉(zhuǎn)軸幾乎垂直公轉(zhuǎn)軌道面，它兩極地區(qū)的環(huán)形山底部永遠(yuǎn)見不到太陽，加之水星沒有空氣，不能像地球一樣將赤道熱量帶到兩極，故而科學(xué)家們推測那里冷得足以讓水凍結(jié)成冰。1991年天文學(xué)家們用地面射電望遠(yuǎn)鏡向水星發(fā)射了電波，發(fā)現(xiàn)其南北極環(huán)形山底部有類似冰質(zhì)的反射雷達(dá)波。是否確有水冰，“信使號”應(yīng)能提供更為準(zhǔn)確的資料。

4、由于水星上的太陽光比地球陽光強(qiáng)約11倍，“信使號”進(jìn)入繞水星的軌道運(yùn)行后將經(jīng)受高溫考驗(yàn)。為了保證它能完成為時12個月的探測任務(wù)，給其攜載的科學(xué)儀器都安裝了隔熱層?？茖W(xué)家們希望它能不辱使命，順利實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，以深化人類對水星的認(rèn)識。5

遮陽傘由于水星距離太陽很近，“信使”號在繞水星軌道運(yùn)行時必須經(jīng)受住高溫和強(qiáng)太陽輻射的考驗(yàn)。為此，任務(wù)規(guī)劃人員專門為“信使”號打造了一把“遮陽傘”，也就是具有高反射性的耐熱遮陽罩。研究人員表示，遮陽罩安裝在“信使”號前端的一個鈦結(jié)構(gòu)上，高大約8英尺(約合2.4米)，寬大約6英尺(約合1.8米)，能夠很好地保護(hù)這顆探測器。

在水星距離太陽最近時，遮陽罩前方的溫度可達(dá)到700華氏度(371攝氏度)。但在遮陽罩的后面，“信使”號以及所攜儀器的溫度卻保持在室溫狀態(tài)，即大約70華氏度(20攝氏度)左右。

燃料消耗2004年發(fā)射時，“信使”號的重量達(dá)到2420磅(約合1100公斤)左右，推進(jìn)劑的比重占到55%左右，達(dá)到1320磅(約合600公斤)。攜帶如此多的推進(jìn)劑的一個重要原因是，“信使”號需要減速以進(jìn)入水星軌道。美國東部時間17日晚上大約8點(diǎn)45分，“信使”號的主推進(jìn)器將點(diǎn)火，持續(xù)大約15分鐘。研究人員表示，入軌過程——“信使”號飛行速度減至足以讓水星引力捕獲的程度——將消耗“信使”號在發(fā)射時所攜推進(jìn)劑的大約31%。

造訪水星1、由于水星離太陽很近，因此這次發(fā)射的水星探測器--信使號造訪水星時將面臨高溫的烤驗(yàn)，它所進(jìn)行的水星探測是迄今為止所有行星探測活動中最嚴(yán)熱的一次。 為了讓探測器適應(yīng)水星特有的大氣環(huán)境和高溫，科學(xué)家進(jìn)行了一系列的嘗試，精心打造出了能經(jīng)受高溫考驗(yàn)的水星使者信使號。

2、造價4.27億美元的信使號水星探測器無法以直線飛行線路前往水星，信使將借助地球、金星和水星的引力，把飛行速度降到足夠慢，最后滑入圍繞水星旋轉(zhuǎn)的軌道。信使將于2006年10月和2007年6月兩次飛過金星，借助金星引力調(diào)整飛行軌道，向水星靠近。

3、信使于2008年1月、10月和2009年9月3次飛過水星，并于2011年3月進(jìn)入環(huán)繞水星的目標(biāo)軌道。信使號水星探測器將圍繞水星進(jìn)行為期一年的科學(xué)觀測，拍攝下清晰度很高的水星圖片，供科學(xué)家們研究。

傳回照片美國航天局“信使”號宇宙飛船2011年3月18日首次進(jìn)入水星軌道，美國東部時間3月29日凌晨5點(diǎn)20分，“信使”號拍攝到一張水星南半球的圖片，在隨后6小時里又拍下363張圖片，預(yù)計(jì)在31日之前總計(jì)拍攝1185張圖片并傳回地球。不過這還只是在測試階段，“信使”號從4月4日起將正式開始為期一年的科學(xué)觀測工作。

正式觀測開始后，它將以每12小時繞水星一周的速度，沿兩極橢圓軌道運(yùn)行并拍攝7.5萬張水星圖片，同時探測器上的7臺科學(xué)儀器也將對水星進(jìn)行全面觀測，搜集各種信息?！靶攀埂碧柤缲?fù)的任務(wù)有確定水星表面成分、探測水星磁場以及水星的永久陰影部分是否存在冰等等。

美國航天局網(wǎng)站稱，這張照片是設(shè)計(jì)師在進(jìn)行宇宙飛船儀器檢測時所拍攝的。照片拍攝位置在水星的南極上方。較為珍貴的是，該照片拍到了水星表面以前難以觀察到的位置。

網(wǎng)站引用“信使”號首席調(diào)研員肖恩·所羅門的話稱，照片和“信使”號測量到的軌道數(shù)據(jù)是接下來一年科學(xué)研究的開端。這表明，針對太陽系中主要行星的軌道探索已經(jīng)開始了。