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都在孤独飞行的深空探测器

发布时间:2021-01-13 19:16编辑:小狐阅读: 887次 手机阅读

深空探测任务通常能够逃离地球引力束缚,对地外天体甚至宇宙深处开展科学研究。从地球出发后,这些探测器往往需要飞行数万乃至数亿千米的旅程,探测周期长达数年。

然而,宇宙是极其空旷的,一个深空探测器的任务即便历时数年也仅能探测极其有限的天体,大部分时间飞行在茫茫深空中。

以1977年出发的旅行者一号和二号为例,它们已经在太空中飞行并持续工作了44年,旅程超过200亿千米,最终会离开太阳系。即便如旅行者二号赶上了165年一遇的时机,探访了木星、土星、天王星和海王星,但它自1989年飞掠海王星后就孤独飞行至今,没有靠近过任何一个天体。

那么

这些绝大部分时间

都在孤独飞行的深空探测器

它们在飞行过程中还会干什么?

飞行过程中平台和有效载荷

探测器的本质是载体平台,并不能直接从事科学研究,必须通过它的各类星载有效载荷进行。

虽然发射前探测器平台和有效载荷会在地面进行各种,但环境一定无法代替实际深空飞行环境。因此, 探测器出发后,需要全方位平台所有相关和各种星载仪器情况。

一方面,探测器平台需要通信、导航制导与控制、推进及数据采集等是否工作正常,它们是保证有效载荷能够正常工作的基础。

以火星探测器为例,2020年7月发射的阿联酋希望号和中国天问一号火星探测器在发射后不久分别对火星和地月拍照,很大程度是为了用于轨道和姿态确定的光学敏感器是否工作正常。推进也会适当工作,修正轨道误差的同时,发动机的实际表现性能是否符合预期。

都在孤独飞行的深空探测器(图1)

左:希望号发射后拍摄的火星照片©️MBSRC;右:天问一号发射后拍摄的地月合影

2020年10月1日,已经连续飞行近1.9亿千米的天问一号火星探测器也送出了它最独特的祝福:一张中国历史上最远最强的超级,鲜艳的在太空深处熠熠生辉。这个动作通过小型分离测量单元完成,并通过Wi-Fi技术传回探测器,重要作用之一便是全方面检验天问一号飞行状态。

都在孤独飞行的深空探测器(图2)

另一方面,各类有效载荷也会陆续开机,检验工作性能,如有需要可在地面操纵下进行调试校正,满足抵达目标后的任务需求。

例如,新视野号需要经过9年飞行才能抵达冥王星,但最终飞掠和最佳观测冥王星的时间仅为2015年7月14日前后。在靠近目标之前数月,新视野号上核心的可见光、红外线、紫外线光谱仪和长距离探测成像仪就已经陆续开机并进行最后的调试,一定要抓住这一千载难逢的机会。事实也充分证明,新视野号取得了巨大的成功。

都在孤独飞行的深空探测器(图3)

左:新视野号充分调试的彩色相机拍摄到的冥王星;右:人类此前获得的最清晰冥王星照片,来自哈勃望远镜。©️NASA/S.Hariri

仅保持有限度通信,甚至休眠

显而易见,深空探测任务绝大部分时间都是孤独飞行在预定轨迹上,并没有实际任务可以开展。与此同时,如果让繁忙的地面深空探测网保持对它们的密切跟踪,不仅有效数据量有限,也会占用大量宝贵的资源。这对于拥有大量航天器的航天大国而言,是并不划算的买卖。

因而, 深空探测器在有地面参与的情况下完成指定操作后,便会仅保留有限度通信频率,节约自身资源和地面测控资源

例如,在2007年成功飞掠木星到2015年飞掠冥王星之间,新视野号绝大部分时间处在休眠状态。科学家团队甚至在办公室里放一个玩具熊来代表新视野号的工作状态,它长期在办公室的角落“睡觉”幸运的是,2014年12月6日,它成功被从“冬眠”中唤醒,准备工作。

都在孤独飞行的深空探测器(图4)

NASA的新视野号团队科学家准备“唤醒”休眠中的新视野号©️NASA

“兼职”从事其他支线任务

深空探测任务所携带的 有效载荷,也可以在条件允许的情况下从事一些主线探测任务之外的工作。它们长期在太阳系中飞行,这是极好的对宇宙空间天气研究的机会。

例如,旅行者一号和二号在飞离目标天体后,核心的影像光学和光谱仪等停止工作,但它们携带的宇宙射线监测仪、等离子波探测仪和低能带电粒子仪等工作至今,为人类研究太阳风、太阳系磁场等贡献巨大。

1990年2月14日时,旅行者一号的影像光学也再次临时开机,为太阳系拍下了几十张照片并拼出一张“全家福”其中关于地球的一张照片《暗淡蓝点》成为人类航天史上最经典的照片之一,并随着科普作家卡尔·萨根的评价享誉全球,它的流传度甚至超过了旅行者号主线任务拍摄到的天体照片。

都在孤独飞行的深空探测器(图5)

人类所有的一切,都在这个不起眼的暗淡蓝点上,它仅是阳光中的一粒微尘©️NASA

2010年10月1日,我国的嫦娥二号探测器成功发射,它随后前往月球开启了为期8个月的观测任务。随后,利用探测器平台和有效载荷,开启了自己的“兼职”之旅。

它先是实现了人类探测器首次从月球前往日地拉格朗日L2点(距离地球150万千米)又实现了人类首次近距离飞掠图塔蒂斯小行星,最后继续飞入深空创造了当时的中国深空探测最远记录。嫦娥二号的使命和作用,已经远远超过了月球探测器本身,为中国航天乃至世界航天积累了宝贵的工程经验和科学研究财富。

都在孤独飞行的深空探测器(图6)

嫦娥二号飞掠图塔蒂斯的最近距离仅为3.2千米,是人类史上唯一一次对它的近距离探测

因此

虽然深空探测器

绝大部分时间都很孤独

它们始终在等待厚积薄发的时刻

甚至发挥出超出预定目标的效果

这一切能够实现

也体现了航天人高超的

技术和缜密的规划

天上和地上

他们都是默默无闻的超级英雄

本文相关词条概念解析:

探测器

探测器,是一种电子设备。具有观察和记录的功能,分为计数器和径迹探测器两种。应用范围不仅在物理领域而且生活领域中也广泛应用。

飞行

物体在距地球(或天体)表面一定距离的空中或太空中的运动。在航空界,一般把适宜于持续进行的,接近于定常飞行的飞行状态称之为巡航。在此状态下的参数称为巡航参数,如巡航高度、巡航推力等等。巡航速度也是专机的巡航参数之一。巡航状态不是唯一的,每次飞行的巡航状态都取决于许多因素,如气象条件、装载、飞行距离、经济性等等。

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