天文知識__金星探測器

2021-01-18 騰訊網

探測器:麥哲倫號

製造商:美國國家航空航天局

發射火箭:亞特蘭蒂斯號太空梭

質量:3445kg

NSSDC ID(COSPAR ID)國際衛星標識符:1989-033B

發射時間基地:1989年5月5日在卡納維拉爾角空軍基地發射

探測設備與目的成果:

一臺電視攝像雷達系統

一臺合成孔徑雷達,主要作用是成像,但也進行輻射測量等

一臺測高儀,使用高解析度測量金星

一臺備用系統,萬一出了差錯,其備用的合成孔徑雷達,低頻增益天線以及計算機軟體將重新調整並核查探測器系統,為了保證探測器安全可靠,其上還安裝了兩種星載錯誤保護系統裝置,一種用於針對姿態控制,一種用於針對除姿控外的各種錯誤。姿控監測系統進行的全系統「健康」檢查能查出造成反常現象的原因,並能確定補救方法。其它故障則由麥哲倫號指令與數據系統中的計算機軟體作個別處理。

目的:獲得金星表面的高解析度近全球雷達圖像

獲得空間解析度為50km、垂直解析度為100m的近全球地形圖

獲得解析度為700km、精度為2-3毫伽(milligals)的近全球重力場數據

了解金星的地質結構,包括密度分布和動力學

成果:

1飛船總共返回了1200千兆位的數據,遠遠超過了當時美國航天局所有行星任務的數據總和。它的圖像為當時金星表面最好的高解析度雷達地圖

2麥哲倫號發現至少85%的金星表面覆蓋著火山流。數據表明,儘管地表溫度很高(887華氏度或475攝氏度),氣壓很高(92個大氣壓),但完全缺乏水分。這使得金星上的侵蝕成為一個極其緩慢的過程。因此,表面特徵可以持續數億年。

3大陸漂移等現象在金星上並不明顯。

4觀察到一些以風條紋形式出現的表面修飾,平均表面年齡估計約為500 My。

5金星重力場與地表地形高度相關,表明地形支撐機制與地球不同,可能受行星深部的控制。

發射過程:

1989年5月5日太空梭飛越太平洋上空時,麥哲倫號從太空梭貨艙施放出來,助推器將其部署到自己的軌道上。在繞地球轉了三分之二後,麥哲倫號與助推器分離,並駛向金星。

1989年5月21日、1990年3月13日和1990年7月25日的三次在軌修正,歷經462天的太空飛行。

1990年8月10日抵達金星軌道。軌道參數為297×8463公裡,傾角為85.5度。由於軌道將與金星軸線傾斜4度,飛船將幾乎(但不完全)經過北極和南極。

1990年9月15日至1991年5月14日第一個周期使用左視雷達覆蓋了約83.7%的表面。太空船的高度從北極附近的2000公裡到北緯9.5度的290公裡不等。測繪是從北極到南緯75°進行的。在北極,正交解析度為250m,沿軌解析度為110m;在9.5° N時,正交解析度為101m,沿軌解析度為110m。

1991年5月15日至1992年1月14日第二個周期是在一個右視的模式下進行的,目的是填補第一個周期的空白並覆蓋南極地區。第二周期覆蓋了54.5%的表面,但結合第一周期的數據,覆蓋率為96%。從北緯75°到南極進行了成像。

1992年1月15日至1992年9月13日第三周期主要用於獲取可與第一周期中的圖像組合以形成對比的圖像。探測器使用了與第一次稍有不同的左視策略。這個周期從75° N,入射角13.4°,到45° S,入射角14.3°。在15° N時,入射角達到最大值25.6°。周期的一部分面向麥克斯韋山的覆蓋範圍。表面覆蓋率約21.3%,累計覆蓋率達98%。

1992年9月14日至1993年5月23日重力數據是通過將麥哲倫號天線指向地球並測量無線電傳輸中的都卜勒頻移獲得的。這些測量值可以轉換成太空飛行器沿視線(LOS)的加速度,可以用來估計金星引力場的變化(由於天線遠離金星,無法進行雷達成像,因此重力測量需要自己的單獨周期)。太空飛行器的視距速度測量精度為0.1毫米/秒。

1993年5月24日至1993年8月2日隨著太空飛行器高度的增加,重力估計的解析度迅速降低。由於麥哲倫號是在橢圓軌道上,所以在赤道附近重力數據的解析度比在兩極要高得多。採用氣制動機動使軌道變圓後,實現了統一的高解析度全球重力覆蓋。麥哲倫號剎車,導致軌道能量損失,並使飛船進入一個較低、更圓的軌道。最後的軌道距離地表180公裡,最遠點540公裡,周期94分鐘。

1993年8月3日至1994年8月29日重力數據是從新的軌道上獲得的,其方式與第4次的情況基本相同。用這種方法測量了金星95%的高解析度重力場。

1994年9月麥哲倫號的太陽能電池板傾斜一定的角度,這樣大氣阻力就會給飛船施加一個力矩,而抵消這個力矩所需的修正量的測量結果就提供了高層大氣的信息。

1994年10月11日至1994年10月14日麥哲倫開始進入金星大氣層。10月12日10:02,無線電信號丟失。最後一次傳輸應該發生在10月14日,當時飛船預計在進入時會燒毀。該船的某些部分可能會存活下來,以撞擊表面。

任務結束:

1994年10月12日,麥哲倫號在10月12日與地面失去最後的無線電通信聯繫,探測器在進入金星大氣後燒毀。在過去的5年5個月時間內一直跟蹤這艘無人駕駛宇宙飛船運行的美國科學家為此而在手臂上戴上了黑紗

探測器:金星快車

製造商:歐洲空間局

發射火箭:聯盟號-弗雷加特

質量:670kg

NSSDC ID(COSPAR ID)國際衛星標識符:2005-045A

發射時間基地:2005年11月9日在蘇聯拜科努爾太空發射場發射

探測設備與目的成果:

1空間等離子體和高能粒子分析器:用於測量太陽風與金星大氣之間的互動

2金星快車磁力計:金星表面有一種很奇怪的現象,沒有內部的磁場,表面形成的磁場都是和太陽風作用的結果,磁力計將對此進行研究

3高解析度紅外傅立葉變換光譜儀:用於高精度測量金星上空55到100公裡處的大氣層溫度,同時尋找是否還存在火山

4紫外與紅外光譜儀:用於在大氣層中尋找水、硫磺或氧分子的痕跡,並測量80到180公裡高度的大氣層密度、溫度

5金星無線電科學實驗儀:負責地球與飛船之間的無線電連接,調查金星表面的電離層,並測量40到100公裡高度的大氣層密度、溫度和氣壓。

6紫外-可見光-紅外成像光譜儀:用於研究40公裡低空的大氣組成,並跟蹤雲團

7金星檢測照相機:對金星的總體和局部進行拍照,並配合其它儀器的使用。

目的: 研究溫室效應在大氣形成中所起的作用

研究不同高度雲霧形成的行為和特徵

研究大氣逃逸過程及其與太陽風的相互作用

研究高層大氣超自轉背後的機制

研究金星磁場

研究80公裡高度的紫外吸收特性

研究金星表面無線電波反射率的區域特徵

研究大氣地表相互作用

研究火山或地震活動

成果:金星高層大氣中存在臭氧層、金星大氣中存在一個乾冰可能沉澱的冷層、證實了金星上存在閃電,而且它在金星上比在地球上更常見、在金星南極存在一個巨大的雙大氣渦旋、找到了金星過去海洋的證據、探測到金星南半球的紅外溫度圖、了解到地形與雲層的交互模式、解釋了金星缺水問題

發射過程:

2005年8月3日金星快車在法國的阿斯特裡姆國際空間設施完成了最後階段的測試。它乘坐一架安東諾夫安-124型貨機經莫斯科飛行

2005年8月7日金星快車抵達拜科努爾航天發射場機場

2005年8月16日第一次飛行驗證試驗完成

2005年9月21日FRR(燃料準備就緒審查)進行

2005年10月21日整流罩內檢測到汙染,發射暫停

2005年11月9日世界時03:33:34從拜科努爾航天發射場搭載聯盟號-弗雷加特發射升空

2005年11月11日成功執行了第一次彈道修正機動

2006年2月24日第二次彈道修正機動成功執行

2006年3月29日第三次彈道修正機動成功執行,探測器瞄準了4月11日的入軌目標

2006年4月11日金星軌道插入(VOI)順利完成,初始軌道的周期為9天

2006年4月13日金星快車發布的第一張金星圖片

2006年4月20日進行了遠心點下降操作。軌道周期現在是40小時

2006年4月23日進行了遠心點下降操作。軌道周期現在約為25小時43分鐘

2006年12月14日第一張南半球溫度圖

2007年2月27日歐空局同意資助任務延期至2009年5月

2007年11月27日科學雜誌《自然》發表了一系列論文,給出了初步的發現。它找到了金星過去海洋的證據、證實了金星上存在閃電,而且它在金星上比在地球上更常見。它還報導了在金星南極存在一個巨大的雙大氣渦旋的發現

2008年5月20日2008年5月的《天文學和天體物理學》雜誌報導了VIRTIS儀器對金星大氣層中羥基(OH)的探測

2009年2月4日歐空局同意資助任務延期至2009年12月31日

2009年10月7日歐空局同意在2012年12月31日之前資助該任務

2010年11月23日歐空局同意在2014年12月31日之前資助該任務

2014年6月18日至7月11日成功進行空氣制動試驗。在131至135公裡高度多次通過

2014年11月28日任務控制中心與金星快車失去聯繫

2014年12月3日建立間歇性接觸,確定太空飛行器可能沒有推進劑了

2014年12月16日歐空局宣布金星快車任務結束

2015年1月18日最後一次探測到飛船的X波段載波信號

任務結束:最終墜向金星大氣

探測器:拂曉號

製造商:日本宇宙航空研究開發機構和日本三菱重工業公司

發射火箭:H-IIA 202

質量:517.6kg

功耗:在金星軌道上的發電功率為500W(任務結束時)

NSSDC ID(COSPAR ID)國際衛星標識符:2010-020D

發射時間基地:2010年5月21日6點58分在鹿兒島縣種子島宇宙中心發射

探測設備與目的成果:

一臺1微米紅外相

一臺2微米紅外相機

一臺紫外相機

一臺長波紅外相機

一臺可見光相機

一臺超穩定振蕩器

一臺傳感數字電子單元

目的:日本的金星氣候軌道飛行器(VCO)旨在闡明金星神秘大氣環流的機制。

次要目標是對金星表面的探測和對金星巡航期間的黃道光(zodiacal light)觀測。

金星氣象學的探索不僅是為了了解金星的氣候,也是為了全面了解行星流體動力學。

成果:

1)在2015年12月和2016年的四月和五月的幾縷微光中,飛船的儀器記錄了一個在長達6000英裡的大氣中,從北極到南極的弓形特徵。參與該項目的科學家將這一特徵稱為阿佛洛狄忒大地上方的行星風中的重力波。

2)來自拂曉號軌道飛行器的圖像顯示了一些類似於低雲和中雲區域的氣流風,其高度從45公裡到60公裡。赤道附近風速最大。2017年9月,JAXA的科學家將這種現象命名為金星赤道急流。他們還通過跟蹤紫外光譜上的雲層,發布了雲頂赤道風的結果。

3)2017年,科學團隊發布了金星大氣結構的3D地圖。測出的物理量包括壓力、溫度、H2SO4蒸汽密度和電離層電子密度及其變化。

4)2018年的一個重要成果是,在上部和中部雲層之間的過渡處出現了由小顆粒組成的厚雲,這被稱為複雜雲層的新的令人費解的形態。

到2019年,關於金星中部雲層的形態、時間變化和風的第一個結果被發表在《地球物理研究快報》。中部雲層的對比度出人意料地高,表明其中可能存在像水這樣的吸收劑。

5)為了成像閃電,軌道飛行器每10天就可以看到金星的黑暗面30分鐘。截至2019年7月,已累計觀測夜間16.8小時,未探測到閃電。

發射過程:

2010年3月19日抵達種子島航天中心的太空飛行器測試和裝配2號樓

2010年5月4日拂曉號被封裝在H-IIA火箭的有效載荷整流罩內。

2010年5月9日有效載荷整流罩被運送到種子島航天中心的車輛裝配大樓,整流罩與H-IIA運載火箭本身匹配。

2010年5月21日從種子島航天中心發射

2010年12月6日探測器的軌道插入機動失敗

2011年9月7日和14日對探測器機載OME進行了兩次試射推力。然而,推力只有約40N,這是預期的10%。在這些試驗之後,JAXA確定OME軌道機動的比衝不足,原因是發動機的瞬時點火完全破壞了燃燒室剩餘的喉部。因此,策略是使用四個姿態控制推進器,也被稱為反應控制系統(RCS),將探測器送入圍繞金星的軌道。由於RCS推進器不需要氧化劑,剩餘的65公斤氧化劑(MON)在2011年10月被排放到船外,以減少太空飛行器的質量

2011年11月1日、10和21日探測器使用RCS推進器進行了三次繞金星軌道機動

2015年7月17日至9月11日拂曉號進行四次彈道修正

2015年12月7日拂曉號接近金星並嘗試入軌。新的目標軌道周期為9天,而不是按照原計劃的30小時

2015年12月9日JAXA宣布拂曉號已成功進入預定的橢圓軌道,最遠距離金星44萬公裡,最近400公裡,軌道周期為13天14小時

2016年3月26日,一次後續的推進器燃燒,拂曉號的遠心點降低到約33萬公裡,並將其軌道周期從13天縮短到9天

任務結束:

軌道飛行器於2016年5月中旬開始了為期兩年的常規科學運行。自2016年12月9日以來,由於電子故障,近紅外1-μm和2-μm相機無法進行觀測。長波紅外攝像機、紫外線成像儀、閃電和氣輝相機繼續正常工作。 到2018年4月,拂曉號完成了常規觀測階段,進入了延長運行階段。延長運行時間被批准到2020年底,並根據那時太空飛行器的狀況考慮進一步延長任務。拂曉號至少在那時仍有足夠的燃料供應。

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