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盘点那些年追星逐月的探测器 群雄并起鏖战太空

http://www.kexue.com 2013-09-22 09:08:57 新京报  发表评论


这些探测器记录了人类探索太空的脚步

  人类一直对那片广袤神秘的星空充满好奇,几乎每种文化中,都有飞天的神话传说,但人类真正飞出地球、进入太空,却只有半个世纪的历史。除月球之外,人类对其他星球的探索也在不断深入。迄今为止,人类已经向太阳系所有行星(除地球外)发射了探测器。探测器主要通过四种方式探测行星,即飞掠行星拍摄照片、在行星表面硬着陆、绕行星飞行以及在行星上软着陆。

  月球

  群雄逐月鏖战太空

  月球是地球最近的邻居,人类对其探索也开始得最早。1959年前苏联发射了“月球1号”探测器,成为月球最早的探路者。冷战期间,登月是美俄角力的另一竞技场,尽管在探测器上落后一步,但阿姆斯特朗登月令美国扳回了一局。

  从上世纪60年代到70年代,人类六次登上月球,三次通过无人登月探测器抵达月球,采集了大量月球岩石和土壤,通过对这些样品的分析和研究,人类对这个邻居的认识越来越丰富了。

  此后人们对月球的探索沉寂了一段时期,90年代人们的目光又转向了月球,这时有更多的国家加入了探月的队伍。1990年,日本发射了一枚航天器,并将一个小探测器放入月球轨道。美国也发射了“克莱门汀”号无人驾驶飞船和“月球勘探者”探测器。到了2003年,欧洲首个月球探测器“智能1号”成功升空,并于2004年底抵达月球上空的近月轨道。此后,它按计划完成了撞击月球的任务,撞击产生的尘埃将有助于科学家解开月球起源之谜。

  2007年,中日两国均发射了本国的月球探测器,分别是“嫦娥一号”和“月亮女神”。印度随后也加入探月行列,2008年首个月球探测器“月船1号”发射升空。德国也打算在2013年实施自己的第一个探月项目“月球探索轨道器”。

  金星

  美苏探测器多次失败

  人类对其他行星的探索始于地球近邻——金星。早在1960年,美国就向金星发射“先驱者5号”探测器,但这次任务因电池故障而失败。前苏联也从1961年起连续向金星发射探测器,直到1966年发射的“金星3号”才成功着陆金星表面。由于金星环境比预想得更恶劣,“金星3号”的通讯系统失效未能发回探测结果。

  首次向地球传回金星表面温度等数据的探测器是1970年发射的“金星7号”,它在同年实现在金星软着陆。迄今为止,人类已经向金星发了46枚探测器,其中成功飞掠11次,成功环绕1次,成功着陆7次。

  天王星、海王星

  美探测器一枝独秀

  天王星的很多表面资料是经由望远镜观测而得到,有关它的卫星、行星环数量则由唯一飞掠天王星的旅行者2号所得到。这艘由美国国家宇航局(NASA)1977年发射的无人星际航天器在1986年经过天王星,于1989年飞越海王星,成为唯一一枚造访这两个行星的航天器,该探测器发现海王星的6颗新卫星,以及海王星有5条光环。

  木星

  探测器给木星“体检”

  木星是太阳系体积最大的行星,美国“先驱者10号”和“先驱者11号”探测器是人类探索木星最早的使者。1972年发射的“先驱者10号”于次年与木星相会,飞掠木星并拍摄了第1张木星照片。人类一共向木星发射了10枚探测器,这些探测器多以飞掠和环绕为主,其中最著名的是“伽利略”号。

  从1995年到2003年,在围绕木星系统运行期间,“伽利略”号木星探测器为木星做了一次“身体检查”,获取大量珍贵资料。2010年8月,NASA又发射“朱诺”号探测器,将在2016年到达轨道,在穿越木星两极的极轨道间运行,以获得更多有价值的图像。

  水星

  鲜有探测器光临

  与火星和木星相比,人类对水星稍显冷落。迄今为止,人类只向这颗太阳系最小的行星派出两枚探测器——1974年的“水手10号”和2004年的“信使”号,均由NASA发射。

  由于表现出色,“信使”号探测器原定于2012年结束的使命将延长到2013年。肩负着探索水星表面和内部情况的“信使”号已经成为第一枚围绕水星轨道运行的人造太空器。

  火星

  明星探测器的摇篮

  就在人类刚有能力挣脱地球引力飞向太空时,首枚火星探测器也上路了。1960年,前苏联向火星发射第一枚探测器。四天后,第二枚火星探测器升空,然而它们却连绕地球轨道都没能到达。上世纪60年代,前苏联共发射7枚火星探测器,全以失败告终。

  上世纪60年代,美国也加紧探索火星,发射了“水手3号”和“水手4号”探测器,后者是首枚成功到达火星并发回数据的探测器。迄今为止,全球共进行46次火星探测计划,仅10次成功登陆,包括美国的“机遇号”和“勇气号”,虽然如此,一个有趣的现象是,火星探测器中出了很多明星,最当红的当属“好奇号”。

  2012年“好奇号”是人类对火星最“沉重”一吻,因为“好奇号”重达900多公斤,有SVU汽车大小,这样体型庞大的火星车登陆火星在人类史上还是头一次。

  “好奇号”将在火星上工作两年,探寻火星上维持生命的可能性。“好奇号”要克服的难题之多,连美国国家宇航局(NASA)官员都感叹,“这是NASA有史以来所有的机器人行星探测计划中最艰难的一次。”

  为了让“好奇号”安全降落火星,NASA工程师借助西门子的产品生命周期管理软件对火星探测器进行数字化设计、模拟和虚拟组装,有助于确保探测器能经受火星任何环境的考验。

  哪些技术助力探测器

  模块化让发射更简单

  NASA的月球大气与尘埃环境探测器(LADEE)今年9月升空,主要目标是在月球环境未被探月活动进一步扰动前探索月球大气的整体密和变化状况等,以及月球尘埃对探测器的影响程度。

  LADEE探测器的设计进行巨大创新,采用模块化设计,有效降低预算和飞行器的体积,并成功缩短了从设计到发射的时间。LADEE大小与小轿车差不多,所需动力相当于5个60瓦灯泡。或许此后,若要发射不同功能的探测器只需将不同功能模块组合即可发射,将大大推动人类探索太空能力。

  核聚变动力推进火箭

  目前执行行星探索任务的飞行器大都使用大气制动,即利用其他行星大气的摩擦力节省推进剂,研究人员正试图对此进行突破。NASA正在研发核聚变推进火箭(FDR)。

  FDR为一台150吨级火箭,利用磁场挤压由锂或铝制成的金属内圈来包裹氘和氚制成的核聚变燃料小丸,从而点燃核聚变反应。聚变反应在几微秒内发生并将推进物质以30公里/秒的速度喷射出去,并可以达到约每分钟点火一次以产生均匀的推力,避免突然的加速度对宇航员造成伤害。

  运用FDR的飞行器几乎不需要依赖大气制动。NASA预计2020年在飞行器上进行使用。

  软件模拟外星环境

  借助精进的电脑技术,科学家可以在设计环节即考虑到探测器面临的各种问题,从而进行设计、分析与制造之间的无缝衔接,“好奇号”就是这样制作出来的。价值25亿美元的“好奇号”要是在着陆时撞上火星后果不堪设想,让“好奇号”顺利着陆的幕后英雄便是西门子公司的软件设计平台。

  西门子公司公关部门人员对新京报记者介绍称,NASA在设计“好奇号”火星车时,采用了该公司提供的NX软件设计平台,模拟好奇号可能在火星上碰到的各种问题,特别是着陆时的惊险7分钟,要从2.1万公里/小时的高速减至2公里/小时以下的着陆速度,西门子的软件平台成功模拟了探测器进入火星大气层时可能会遇到的多种物理影响,进行8000次模拟着陆,确保着陆时不会碰撞损伤“好奇号”携带的精密仪器。

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