15年前,惠更斯號著陸土衛六時,發生錯誤旋轉,現在終於揭開了!

2020-12-08 騰訊網

15年前歐空局惠更斯號探測器創造了歷史，它降落在土星衛星土衛六的表面，成為第一個成功降落在太陽系另一個世界的探測器。然而，在下降過程中，探測器開始以錯誤的方向旋轉，但15年了，一直是一個謎，現在的研究測試終於揭示了其原因。NASA/ESA/ASI1997年發射卡西尼-惠更斯任務仍然是標誌性的，自從2004年底到達土星及其衛星土衛六以來，它對我們理解土星及其衛星土衛六做出了巨大貢獻。

這次任務包括軌道器卡西尼號和小型大氣探測器惠更斯號著陸器，卡西尼號在成為第一個繞土星運行的太空飛行器後，在土星軌道上運行了13年多，2005年1月14日，惠更斯號著陸器前往土星衛星泰坦探索物理特性和大氣。惠更斯號危險的下降持續了2小時27分鐘，小探測器收集的數據繼續促進了關於這顆迷人衛星的大量發現。著陸器傳回了對泰坦大氣的第一次現場測量，確定了從1400公裡高度到地面的大氣壓力、密度和溫度。

探測器的都卜勒風實驗(DWE)在大氣中發現了強烈的東西向風，其中一些風的旋轉速度比衛星本身還快。它揭示了為什麼土衛六的大氣中含有甲烷、氮氣和微小的氣溶膠，數量是多少，並在內部探測到地質過程和特徵的跡象，如冰火山作用，以及潛在的大型地下海洋。通過探索籠罩在衛星上的厚厚霧霾，探測器還幫助科學家們可視化了泰坦的表面，返回了過去水活動的證據，比如乾涸的河床和排水網絡以及長期空置的湖泊盆地，以及對巨大沙丘和冰沙的觀察。

然而，有一件事仍然是個謎：為什麼惠更斯號在下降過程中會朝「錯誤」的方向旋轉。探測器從卡西尼號上以每分鐘7.5轉的速度逆時針旋轉釋放。由於探測器的設計，它的自轉速度首先幫助保持惠更斯號保持穩定，因為它花了三周的時間滑行到泰坦，然後當它最終進入大氣層時，儘管惠更斯最初的表現與預期一致，但在下降過程中，探測器的自旋速度下降得比預期快得多，大約10分鐘後才逆轉為順時針方向。在剩下的2小時15分鐘的下降過程中，它一直以這種方式旋轉。

幸運的是，這種反向旋轉的幅度與研究人員預期相似，這意味著意外的翻轉，影響了計劃中的觀測時間，但沒有顯著影響觀測質量。之前的研究已經對這一行為進行了研究，現在在法國奧爾良大學普裡姆實驗室進行的亞音速風洞測試現在證實了主要原因。這項研究是根據歐空局與LPC2E/CNRS-Orléans大學的合同於2017年至2019年進行。惠更斯號配備了36個傾斜的葉片，用於控制下降艙的旋轉。然而，探測器的兩個主要附件，分離子系統(SEPS)和雷達高度計(RA)天線，實際上產生了與葉片產生的扭矩相反。

隨著葉片改變下降艙周圍的氣流，增強了「負扭矩」的幅度（這種效應使惠更斯改變了旋轉方向）直到它超過了葉片的影響，這種效應被放大了。這一工程之謎的解開，將有助於未來的探測器設計，進一步推動人類對太陽系的探索。也有跡象表明，惠更斯號大氣結構儀器(HASI)的吊杆在下降過程中可能沒有完全展開，因此在三種不同的配置（堆放、展開和半展開）中執行了具體測試，並確認了在非對稱展開下可能會出現負扭矩，這種影響正在進一步研究中。

博科園｜研究/來自：歐洲航天局

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