_黎明_升空探测小行星和矮行星.pdf

中国航天2 0 0 7年第1 2期!!!!“!“!!!!“!“##############################################$##############################################################$##############################################$##############################################################$“黎明”□子力美国航空航天局 (N A S A)的 “ 黎明”小行星/矮行星探测器9月2 7日在卡纳维拉尔角空军站由德尔它2火箭发射成功,将执行一项前所未有的探测任务,对小行星带中最大的两个天体灶神星小行星和谷神星矮行星进行探测除因一艘船意外闯入大西洋上的火箭落区而使发射推迟了1 4分钟外,当天的发射进展顺利 黎明”在洁净厂房内任务概述N A S A喷气推进实验室主管“ 黎明”项目系统工程的主任雷曼说: “ 在我看来,我们是在探测太阳系中剩下的尚未被探测过的星球中的几个 ” “ 黎明”此次探测任务将耗时8年。

探测器重1 2 1 2公斤,将飞行4 9亿公里,首次深入到火星和木星轨道之间的小行星带中进行探测通过探测明亮的岩石小行星灶神星和大型冰质天体谷神星,研究人员希望 “ 黎明”能为破解行星形成和太阳系早期演化之谜带来新的机会在飞往目的地的途中, “ 黎明”将在2 0 0 9年初进行一次火星借力飞行,其间将对一些探测仪器进行试验2 0 1 1年8月至2 0 1 2年5月,它将与直径约5 3 0公里的灶神星交会并绕其做轨道飞行随后它将转往尺寸更大的谷神星,到达时间是2 0 1 5年2月主探测任务的结束时间是2 0 1 5年7月它将是人类发射的首个要先后飞往两个天体并绕其做轨道飞行的探测器,也是首个矮行星探测器N A S A官员9月份称,不包括 德尔它2火箭的费用在内, “ 黎明”探测任务耗资为3 . 5 7 5亿美元项目研究人员7月份曾说,这次任务的总经费达4 . 4 9亿美元,而且由于几次发射推迟 ( 最早准备在2 0 0 6年夏发射)还要额外增加2 5 0 0万美元该探测器曾准备在7月份发射,但先是因天气和火箭技术问题而推迟,随后又因不好安排船载和机载跟踪设备的时间而再度推迟N A S A还曾在2 0 0 6年3月以费用超支等为由砍掉了这项任务,只不过几周后又收回了成命。

黎明”将探测的小行星灶神星和矮行星谷神星据信都是在太阳系形成之初 “ 成长”起来的 黎明”将借此次任务研究早期太阳系以及主导了太阳系形成的过程在太阳系形成的最初阶段,太阳星云中的物质随它们与太阳的距离而变化随着这一距离的加大,温度会降低,所以类地天体都形成在离太阳较近处,而冰质天体则形成于较远的地方灶神星小行星和 “ 出身”小行星、不久前才被 “ 提拔”为矮行星的谷神星之所以被确定为探测目标,是因为它们不仅都见证了太阳系形成之初的条件和过程,而且分别演变成了两种不同类型的天体灶神星是一颗干燥的分异天体,其表面有再造过的迹象它与包括地球在内的内太阳系岩石天体很相像比较起来,谷神星则有着非常原始的、带有含水矿物的表面,并可能具有微弱的大气它似乎在很多方面都与全都处在外太阳系中的大型冰质卫星类似通过采用同一探测器上的同一套仪器来研究这两颗不同的星体,这项探测任务可望对两者不升空探测小行星和矮行星3 8··D e c . 2 0 0 7A e r o s p a c e C h i n a!!!!!!“!“!!!!!!“!“同的演化历程进行比较,并描绘出早期太阳系的总体景象 “ 黎明”探测器发回的数据有可能为在太阳系形成知识方面取得重大突破带来机会。

为 完 成 其 科 学 探 测 任 务 ,“ 黎明”探测器携带了3台科学仪器这些仪器采集的数据将被结合起来,用以研究这两颗天体的特点这3台仪器分别是一台可见光相机、一台可见光与近红外测绘光谱仪和一台伽马射线与中子探测器除这些仪器外,辐射测量和光学导航数据还将能提供与这两个天体的引力场以及整体特性和内部构造有关的信息灶神星和谷神星如上所述,灶神星和谷神星是小行星带中个头最大的两个星体灶神星为岩石天体,而谷神星据信含有大量的冰这两个在离得很近的位置上形成和演化的原行星在地质学上却有着很大的差异,形成了内太阳系岩石天体和全都位于外太阳系中的冰质天体之间的一座桥梁人类目前已掌握的有关灶神星和谷神星的知识大都来自地基和地球轨道上的望远镜,如N A S A的 “ 哈勃”太空望远镜这些望远镜可采集到星体表面反射的紫外、可见光和近红外波段的阳光以及远红外和微波谱区的发射辐射1)灶神星灶神星是由德国 天文学家奥伯斯在1 8 0 7年3月2 9日发现的,是人类发现的第4颗小行星,所以其正式名称是 “4灶神星” 它的尺寸约为5 7 8公里× 5 6 0公里× 4 5 8公里,长度大致相当于美国亚利桑那州,表面上似乎是玄武岩。

这些凝结的岩浆可能是在灶神星4 5亿年前形成后不久从其炽热的内部流出的,且自此以后基本上保持原封未动望远镜观测表明其整个表面上存在着矿物学上的变化灶神星近乎球形,自转周期为5小时2 0分钟灶神星有着科学家们很感兴趣的独特的表面特征在其南极有一个巨大的撞击坑,直径达4 6 0公里,深1 3公里形成该撞击坑的那次剧烈撞击让这颗小行星的体积减小了1 %,将5 0万立方英里 (1英里约合1 . 6公里)的岩石抛入太空这些小至砂砾、大到巨石乃至山岳般的碎片被抛出后便开始在太阳系内 “ 走自己的路” 科学家们认为,在地球上已发现的全部陨石中,大约有5 %源自深空中的这次远古撞击 近地小行星交会 (N E A R)-苏梅克”探测器曾在2 0 0 0年探测过的主带小行星爱神星最长处的尺寸也只有3 0公里,由此可以想象灶神星南极这个撞击坑有多么庞大它可以轻而易举地把整个爱神星吞到口中也可以这样来形容:如果地球上也有一个从比例上说同样大的撞击坑,那么它可以填满太平洋2)谷神星谷神星是由意大利天文学家皮亚齐于1 8 0 1年1月1日发现的,德尔它2火箭发射 “ 黎明”探测器“ 黎明”与灶神星和谷神星##############################################$##############################################################$##############################################$##############################################################$3 9··中国航天2 0 0 7年第1 2期!!!!!“!“!!!!!“!“是人类发现的第一颗小行星/矮行星,天文学家给它的正式名称是“1谷神星” 。

它基本上呈球状,尺寸为9 7 5公里× 9 0 9公里,约相当于美国得克萨斯州,自转周期是9小时4 . 5分钟它有着经过分异的内部,也就是说,与地球一样,它核心部分的物质密度较大,而表面附近物质较轻因为密度比地球的地壳低,天文学家认为谷神星的外壳下可能埋有水冰谷神星甚至可能有覆盖着冰霜的极冠据天文学家估计,若谷神星的2 5 %是水,那么它的含水量将超过地球上的淡水总量与地球上的水不同,谷神星上的水可能是以地幔内的水冰形式存在探测器本体“ 黎明”探测器由轨道科学公司建造它融入了由近来发射的一些探测器试用过的一些先进的创新技术,同时也采用了一些早先就有的商用现成组件,某些部位甚至还采用了以往探测任务剩下的备件和仪器设备探测器上的绝大多数系统都设置了冗余,亦即都设有备份,以备主系统出故障时使用自动化星上故障保护软件可感测出任何异常情况并尝试转向备份设备为给探测器上的仪器设备供电, “ 黎明”装备了迄今发往深空的最强大的太阳能帆板太阳能帆板处于折叠状态 ( 即发射状态)时, “ 黎明”探测器长2 . 3 6米,约相当于一辆大型摩托车宽大的太阳能帆板展开后,探测器的长度与一辆牵引拖车差不多,为1 9 . 7米。

太阳能帆板在地球附近可产生超过1 0千瓦的电力,不过其输出功率会随着与太阳距离的增加而减小 黎明”将采用离子推进系统来提供飞往目的地所需的推力没有这些离子发动机,要完成这样大难度的飞行任务是不可能的;即使只飞往灶神星 ( 而不继续前往谷神星)也需要把探测器做得很大,火箭的运载能力也要 大 大 提 高 离 子 推 进 已 在N A S A的 “ 深空”1探测任务中得到了验证,但 “ 深空”1属技术试验任务,所以对N A S A来说,“ 黎明”是首项采用离子推进的实用型科学探测任务 深空”1在飞往一颗小行星和一颗彗星的途中不仅试验了离子推进技术,还试验了另外1 1项技术 黎明 ” 采 用了3台直径3 0厘米、重9公斤的离子推进装置,每台均可在 两 个 轴 向 上 摆动,以在飞行中调整探测器的质心位置这还使得姿态控制系统能利用离子推力器来帮助控制探测器的姿态采用3台离子推进发动机是为了有足够的推力器寿命来完成探测任务,同时留有足够的储备不过,这3台推力器将始终只有一台在工作离子推进一次将工作几年,其间每周会有几个小时的间断,以便使天线指向地球整个任务期间的总工作时间将在2 1 0 0天左右,大大超过 “ 深空” 1探测器6 7 8天的离子推进工作时可能来自灶神星的一块陨石##############################################$##############################################################$##############################################$##############################################################$谷神星4 0··D e c . 2 0 0 7A e r o s p a c e C h i n a!!!!“!“!!!!“!“##############################################$##############################################################$##############################################$##############################################################$间。

离子推力器利用电场来加速被电离的氙燃料,以产生推力,排气速度可达到化学发动机的1 0倍电力水平和氙燃料供给速度可以调节,由此可调高或调低每台发动机的推力这种发动机很省燃料,推力最大时每秒钟的氙消耗量也只有约3 . 2 5毫克 “ 黎明”探测器也因其不可思议的燃油效率而被誉为 “ 太空普锐斯”( “ 普锐斯”是丰田公司的一款车型,以节油著称) 探测器总共携带了4 2 5公斤氙推进剂推力处于最高水平时,每台发动机的推力也只有9 1毫牛,约相当于用手拿一张纸的力量以这样的推力是上不了高速公路的———“ 黎明”把时速从0提高到9 0公里最快也要4天时间虽然推力微不足道,但 “ 黎明”在飞行过程中利用离子推进所达到的总速度变化量却与发射它的德尔它2火箭———包括其全部9台固体助推器以及第一、第二和第三级———所达到的速度变化不相上下这是因为该离子推进系统要工作几千天之久,而德尔它火箭的工作时间加起来也才只有数分钟科学仪器(1)分幅相机 分幅相机用于获取细致的光学图像,一来供科研之用,二来也用于在灶神星和谷神星附近的导航作为冗余措施, “ 黎明”带有两台同。