野心勃勃!隨著金星1號的發射,人類開啟了探索八大行星的旅途

2021-01-13 天文在線

 

金星一號探測器(俄語中,Венера-1的意思是金星一號),也可以叫金星一號2代,在西方有時也被叫作斯普特尼克8號。作為前蘇聯金星工程的一部分,它是首支飛過金星的飛船。金星一號於1961年2月發射,並於同年5月19日飛過金星;然而,由於在飛越金星之前就和我們失去了無線電聯繫,以至於它沒能傳回任何數據。

             

關於飛船

金星一號探測器整體重達643.5千克(1419磅),全長2.035米(6英尺8.1英寸),由一個直徑1.05千米(3英尺5英寸)、帶有圓頂的圓柱體構成。其動力由幹氮加壓到1.2個標準大氣壓(120kpa)提供,並有內部風扇維持熱量的均勻分布。探測器主體兩側伸展出兩塊太陽能電池板,為其內部的銀鋅電池充電。其配備的2米長拋物線天線用於從金星向地球發射922.8MHz的高頻信號;另外一根2.4米的竿狀天線用於近地任務的短波信號傳輸;此外,安裝在太陽能電池板上的半方向性四極天線,在任務期間通過圓極化分米無線電波段提供常規的遙感測量與控制。

金星一號的配置包括:一個附在天線臂上的磁通量閘門磁力計,兩個用來測量太陽風的離子阱,微隕石探測器和蓋革計數管,以及一個用來測量宇宙輻射的碘化鈉閃爍體;太陽能電池板上會安裝紅外線、紫外線測量儀之類的儀器來測量實驗塗料的溫度;圓頂內部是一臺用於中途修正的KDU-414引擎;溫度控制則由電動熱百葉窗實現。在其飛行的大部分時間裡,金星一號都十分平穩。它是第一支用於中途修正的飛船,通過三軸穩定模式固定在太陽與老人星(船底座α星)之間。當其抵達金星,將會進入另一個三軸穩定模式,固定在太陽與地球之間,並首次通過拋物線狀天線傳輸金星數據。

發射

金星一號是1961年二月向金星發射探測器的第二次嘗試,此前其姊妹飛船金星一號1代沒能成功脫離地球軌道。蘇聯專家使用莫爾尼亞運載火箭從拜科努爾航天發射場發射了「金星一號」,發射時間為1961年2月零點34分36秒。

             

金星一號的失利

科學家們成功進行了三次遙感測量,分別在近地處、地球磁層頂以及距地190萬公裡(120萬英裡)的位置收集太陽風和宇宙射線。繼「露娜2號」發現太陽風之後,「金星一號」首次證實了這種等離子體均勻地存在於宇宙深處。七天後,也就是1961年5月19號,金星一號從距金星不到10萬公裡(6.2萬英裡)的地方飛過,可惜這次計劃中的遙感測量以失敗告終。藉助位於英國焦德雷爾班克的射電望遠鏡,我們也許能在六月捕捉到金星一號發回的微弱信號。蘇聯工程師們堅信,金星一號失利的原因是太陽方向傳感器過熱。

 

火星一號:1962年,這是人類的第二個首次探索的行星,也是人類首次探測火星

火星一號,也稱1962貝塔努一號、斯普特尼克23號,是1962年11月1號向火星發射的全自動星際空間站。作為前蘇聯首個星際探測工程,火星一號飛行距離長達11000公裡(6800公裡)。其任務包括拍攝火星表面的照片,並且傳回宇宙輻射、微流星體碰撞、火星磁場、輻射環境以及可能存在的有機化合物的數據。

             

離開地球軌道後,火星一號飛船與火箭助推器第四級分離,太陽能電池板展開。早期的遙測技術顯示,飛船的方向系統中有一個氣閥洩露,因此不得不變為螺旋穩定。火星一號前後發出61次無線電信號,起初每隔兩天發射一次,後來變為每隔五天一次,其中包含了大量的星際數據。

             前蘇聯的「火星一號」郵票

 

1963年3月21號,也許是由於天線方向系統故障,在離開地球飛向火星的路徑上飛行了1億6760萬公裡(6634萬英裡)後,火星一號的信號終止了。火星一號最接近火星的那一刻也許是1963年6月19號那天,在那之後它就進入了日心軌道。

飛船設計

火星一號是在金星系列飛船基礎之上進行改造的,其主體為長3.3米(11英尺)、直徑1米(3.3英尺)的圓柱體。當兩側的太陽能電池板和散熱器展開,整體寬達4米(13英尺).飛船的主體分為兩部分:上部2.7米為軌道控制室,包括導航與機載動力系統;底部的0.6米為試驗室,內有大量的科學儀器。一根1.7米的拋物線形高增益天線與一根全方位天線、一根半導體天線將共同完成通訊任務。飛船的動力來自於兩翼總面積為2.6平方米(28平方英尺)的太陽能電池板,收集到的能量將儲存到一塊42安時的鎘鎳電池中。

 

先驅者10號:1972年首次飛越木星,這是人類首次探索這顆巨大的行星

先驅者10號(原本叫先驅者F號),機體重達258公斤(569磅),由美國製造並於1972年成功發射,成功完成首個木星任務。自此,先驅者10號成為第一艘能夠成為達到第三宇宙速度(能夠脫離太陽系的速度)的的飛船,而達成這一成就飛船的總計也只有五艘。此項空間探索工程由位於加利福尼亞的美國國家宇航局埃姆斯研究中心指揮,空間探測器則由天合公司製造。

先驅者10號組裝在一個帶有直徑2.74米(9英尺)的拋物面蝶形高增益天線的六邊形總線周圍,並且飛船圍繞天線軸穩定旋轉。其電力系統由四個放射性熱電發生器構成,在發射時能夠提供155瓦的總功率。

先驅者10號於1972年3月2日,在佛羅裡達州卡納維拉爾角,由擎天神運載火箭Centaur型發射。從1972年7月15日到1973年2月15日,先驅者10號成為首支橫跨小行星帶的飛船。對木星的拍攝始於1973年11月6日,拍攝距離約為2500萬公裡(1600萬英裡),總計拍攝約500張圖片。1973年12月4日,飛船與木星之間距離達到最小,其距離僅為13.2252萬公裡(8.2178萬英裡)。任務期間,機載工具被用於研究小行星帶、木星周圍環境、太陽風、宇宙射線、以及太陽系和太陽風層(日光層)。

2003年1月23日,由於其無線電發射機電力系統損壞,在距地球120億公裡處,先驅者10號的無線電信號中斷。              

先驅者11號:人類首次近距離接觸土星

先驅者11號(也被稱為先驅者G號)是一支中259公斤(571磅)的無人空間探測器,由美國國家宇航局於1973年4月6日發射,用於研究小行星帶、木星與土星周圍環境、太陽風和宇宙射線。先驅者11號是第一支探索土星的探測器,也是第二個飛過小行星帶並途徑木星的。自此,先驅者11號成為第二艘能夠成為達到第三宇宙速度的飛船。由於功率限制,加之距離過遠,飛船與地面在1995年9月30日完成最後一次常規通訊,並在同年11月24日發送回最後一份工程數據之後,便失去了聯繫。

 

水手10號:第一個探測水星的太空飛行器

水手10號是美國國家航空航天局於1973年11月3日發射的無人空間探測器,其任務為飛越水星和金星,這將使其成為首個飛越多個行星的人造飛船。

水手10號的發射距水手9號的發射大約有兩年之久,是水星工程的第十艘飛船,其也將是水星工程的最後一艘飛船。(水手11號」和「水手12號」被分配給「航行者」計劃,並被重新命名為「航行者1號」和「航行者2號)

水手10號的任務目標為測量水星以及金星的環境、大氣、表面和星體特徵。此外,還有一個任務是在星際介質中進行實驗,以獲取一些雙行星重力輔助方面的經驗。水手10號的科研團隊由噴氣推進實驗室的布魯斯.C.穆雷領導。

             設計者對於水手10號的印象:在其首次執行重力輔助任務時,將飛越金星以減小近日點距離。這將使得飛船能夠在1974到1975年間三次與水星會和。

 

旅行者2號:人類首次近距離拜訪天王星和海王星

旅行者2號是由美國國家宇航局於1977年8月20日發射的空間探測器,其任務是研究外行星。同樣作為「旅行者工程」的一部分,旅行者2號的發射時間比其同系列飛船旅行者1號早了16天,雖然抵達木星與土星所需要的時間更久,但它能夠繼續飛向更遠的天王星與海王星,因此它也是唯一拜訪過這兩顆巨大冰行星的飛船。在五艘能夠達到第三宇宙速度的飛船中,旅行者2號是第四個達成這一成就的。

1989年10月2日,繼1979年木星系、1981年土星系、1986年天王星系的探索完成後,旅行者2號有一次完成了對於海王星系的探索,這標誌著其基本任務圓滿結束。截至2020年2月23日,旅行者2號已運行42年6個月零2天,並依然與美國國家宇航局深度空間網絡保持聯繫,為太陽系外圍空間的探索做出貢獻。              

2018年11月5日,在距離太陽122個天文單位(1.83×10^10公裡)(約為光在真空中傳播16小時58分的距離)處,以對太陽相對速度為15.341千米/秒(55230公裡/小時)逃離太陽風層,進入星際介質中。著意味著,旅行者2號在繼2012年旅行者1號之後,又一艘逃離太陽系束縛的飛船。進入星際介質後,旅行者2號成功完成首次對於星際等離子體密度與溫度的測量。

邂逅天王星

旅行者2號最接近天王星的一次發生在1986年1月24日,其距離天王星雲層僅81500公裡(50600英裡)。此外,旅行者2號發現了11個此前未知的衛星:天衛六、天衛七、天衛八、天衛九、天衛十、天衛十一、天衛十二、天衛十三、天衛十四、天衛十五、天衛二十五。同時,旅行者2號的任務還包括研究由於天王星97.8°的軸向傾角而形成的獨特大氣層,以及其環系統。旅行者2號測得天王星的自轉周期為17小時14分。與其他已經拜訪過的行星不同,天王星的磁場方向與旋轉軸不一致,由此形成了一個距離太陽1000萬公裡(600萬英裡)的螺旋狀磁尾。              

在旅行者2號拜訪期間,天王星大部分的雲層特徵被一層「薄霧」所遮蓋,不過,假色彩超聲造影圖像顯示其南極附近存在同心雲帶。此外,該區域測得大量紫外輻射,我們將這種現象成為「晝暉」。

從旅行者2號對天衛五低空拍攝的詳細照片我們可以推斷,其表面的大峽谷是地質斷層形成的。一種假說認為,天衛五曾經歷過一次劇烈撞擊,以致其破碎,而後碎片又重新組合在一起。

此外,旅行者2號還在天王星周圍發現了兩條極其珍貴的環帶,這是此前從未觀測到的。進過測量,可以肯定的是天王星環與木星環和土星環存在極大差別。天王星環並不是與天王星一同形成的,而是在後來新形成的。組成天王星環的粒子應該是來自其某個衛星由於高速碰撞或者潮汐效應而產生的殘留物。

造訪海王星

1987年,通過地面控制,旅行者2號經過一次了中途修正,並於1989年8月25日完成與海王星的最近距離飛越。在經過對海王星系統飛行軌道的反覆仿真測試,飛行控制器為旅行者2號穿過海衛一系統制定了最佳路線。相比於海王星的黃道面,海衛一的軌道平面嚴重傾斜,所以在經過中途修正後旅行者2號的飛行高度被調整為海王星北極上空4950公裡(3000英裡)。在飛過海王星最近點五個小時之後,旅行者2號又與海衛一來了一次近距離接觸,這次的距離僅僅4萬公裡(25000英裡)。在兩顆已知的海王星衛星中,海衛一是較大的一個。

繼天王星環後,旅行者2號再一次發現了海王星環,並且證實了六顆新衛星的存在,他們分別是:海衛三、海衛四、海衛五、海衛六、海衛七、海衛八。此外,在海王星附近,旅行者2號還發現了「大暗斑」,不過根據哈勃望遠鏡的觀察記錄,這個「大暗斑」已經消失了。              

隨著2006年國際天文聯合會將冥王星降為矮行星,1989年旅行者2號飛越海王星,標誌著人類通過空間探測器對太陽系已知行星的首次拜訪全部完成,是人類的航天事業又一重要裡程碑。

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自

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