信使號水星探測器

信使號水星探測器

信使號水星探測器是人類發射的第二顆水星探測器。“信使”號探測飛船由霍普金斯大學套用物理實驗室負責設計、製造。2004年8月3日由美國國家航空航天局發射升空,目的是為了研究水星的環境與特性。2011年3月,進入水星軌道。信使號也是繼水手10號任務之後,人類首次探測水星的計畫。

基本信息

簡介

信使號水星探測器於2004年8月3日發射,在經過了6年半的漫長旅行之後進入水星軌道。這是人類30年來首次探訪這個九大行星中最接近太陽的小星體。信使號每12個小時就圍繞水星鏇轉一周,將對水星地表進行詳細測繪,同時研究水星的構成、磁環境、稀薄的大氣層以及其他特徵,其提供的資料將幫組科學家們研究太陽系內行星的形成奧秘。信使號的燃料預計於2012年或2013年用完,屆時它很有可能墜毀到水星表面。

構造

體積重量

“信使”號的主體高4.7英尺(約合1.42米),寬6.1英尺(約合1.85米),長4.2英尺(約合1.27米),體積與一個大辦公桌相當。它裝有2個太陽能電池板“翅膀”,面積為5英尺×5.5英尺(約合1.5米×1.65米),在探測器兩側展開。“信使”號發射時的重量超過1噸,其中有超過一半的負荷為燃料,探測器本身以及所攜帶科學儀器的總重量大約在1100磅(約合500公斤)左右。

基本部件 

信使號水星探測器信使號水星探測器
科學載荷:用來收集“信使”的科學數據的儀器。

遮陽傘:用來保護飛船免受太陽直射,使飛船的電子設備和儀器即使在水星這樣的熱環境裡也能正常運行。

太陽能電池板:為飛船提供動力。"信使"還攜帶著一塊蓄電池,可以把太陽能電池板產生的電能儲存起來,供其他系統使用。

助推器:通過噴射燃料發生推力,改變飛船的軌道和姿勢。

助推火箭適配器:它是飛船發射的聯繫點,當"信使"與助推火箭脫離後,適配器就沒有作用了。

攜帶科學儀器

水星雙重成像系統(MercuryDualImagingSystem):這是一部帶有廣角鏡頭和窄角鏡頭攝像機,可以單色、彩色和立體成像。
伽馬射線和中子譜儀(Gamma-RayandNeutronSpectrometer):將用它來繪製水星表面的元素構成圖。
X射線儀(X-RaySpectrometer):也被用於繪製水星外殼物質的元素構成情況。
磁力計(Magnetometer ):繪製水星磁場的詳細結構和動力,尋找磁化的地殼岩石區。

水星雷射高度計(MercuryLaseraltimeter):用來測算水星的地形。
水星大氣和表面組合探測儀:測算水星大氣的情況,尋找水星表面物質里的礦物成份。
高能粒子和電漿探測儀(energeticparticleplasmaspectrometer):用於測算水星磁氣圈內部和周圍的帶電粒子的構成與特性。

運行歷程

信使號探測器在水星軌道工作的示意圖信使號探測器在水星軌道工作的示意圖

20世紀90年代,美國啟動了一系列的經費在3億美元以下的“發現者”探測計畫,“信使號”也位列其中。按照計畫,信使號太空飛行器發射升空後,將環繞地球、金星、水星飛行7年,藉助這3顆行星的引力提速,最終進入水星軌道運行。

2004年8月3日美國宇航局的“信使”號水星探測器發射升空奔赴水星。

2005年8月2日,接近地球表面,當時距離蒙古中央為2347公里。信使號的引擎在2005年12月12日進行為期524秒的噴射,將調整軌道朝向金星的方向。

2006年10月24日,第一次飛越金星,距離地表為2,992公里。第二次飛越金星則是在2007年6月5日23:08,距離地表為338公里。

2008年1月14日、2008年10月6日和2009年9月29日,“信使”號三次飛掠水星,所拍攝的照片覆蓋了水星表面總面積的大約98%。

2011年3月,“信使”號轉入環繞水星的橢圓軌道飛行,開始其1年的探測工作。

2012年3月,根據“信使”號探測器獲取的數據,水星極地地區的永久陰暗區隕坑深處可能存在水冰。

“信使”號的燃料預計於2012年或2013年用完,屆時它很有可能墜毀到水星表面。

運行軌跡

這是“信使”號第三次飛越後繪製的水星圖像覆蓋圖。目前已經繪製出98%的水星表面地形圖。在2011年3月“信使”號進入水星軌道以前,只有部分極地地區還沒繪出地形圖。“信使”號第三次飛越後繪製的水星圖像覆蓋圖。

從地球出發前往水星後,“信使”號探測器已經飛行了大約49億英里(約合79億公里),飛行時間超過6年半,在此過程中,它已經繞太陽運行了15周。儘管旅途較為漫長,但“信使”號的飛行速度並不慢。研究人員表示,這顆探測器在6年半的太空飛行中相對於太陽的平均速度達到每小時8.45萬英里(約合每小時13.6萬公里)。這一速度幾乎是美國宇航局太空梭在低地球軌道飛行時的5倍。

“信使”號的12小時繞水星軌道將是一個橢圓形。距離水星表面最近時,二者之間的距離不超過124英里(約合200公里),最遠時的距離達到9420英里(約合15193公里)。距水星地表高度的短暫變化允許“信使”號更好地了解水星的地質特徵。此外,橢圓形軌道也能保護“信使”號免遭水星荒涼表面反射的大量熱量侵襲。

科學使命

主要任務

利用攜帶的多種分光計測量水星表面的元素,用來解釋水星的密度在八大行星當中僅低於地球的原因;
20世紀80年代的“水手10”號探測器曾經兩次掠過水星,但是只對水星45%的表面區域進行了拍照,而“信使”號將要拍攝水星整個表面,而且當它入軌之後拍攝的照片將比入軌前掠過水星時解析度高3倍以上,從而有可能確定水星誕生過程的地質過程,對進一步了解太陽系行星生命史有重要意義;
信使號在入軌前3次掠過水星,已經確認其磁場並非來自核心,環繞軌道飛行將進一步揭示水星磁場的發生機制;
水星因為距離太陽很近,日照表面溫度最高可達450攝氏度,但極地有高大的環形山,其內側永不見天日,而且因為水星大氣極為稀薄,不存在像地球那樣的熱量傳遞,所以那裡的溫度永遠低於零下200攝氏度。雷達觀測發現那裡的表面具有很強反射能力,科學家們希望信使號能夠確認那到底是不是冰,解決人類能否前往水星殖民的基本前提;
除開檢驗極地是否有冰存在之外,還將通過對大約15%的藍色水星地表的深入研究,以及稀薄大氣成分的分析,了解水星的地質活動,從而解釋它的形成歷史,甚至會增進對地球誕生過程的認識。

任務周期

“信使”號任務雖然雄心勃勃,但任務為期只有區區2個水星日。水星自轉速度極慢,一個水星日大約相當於176個地球日。與自轉相比,水星以極快的速度繞太陽軌道運行,短短88天便可運行一周。在為期12個地球月的在軌觀測中,“信使”號將經歷2個水星日,但所經歷的水星年卻超過4個。
“信使”號的科學觀測任務為期一年。進入軌道後,“信使”號將一直從高空對“水星”進行觀測,研究和分析它的這個最終歸宿地。這顆探測器並沒有足夠燃料幫助它重返地球。在收集數據的工作結束後,“信使”號將最終墜落水星,在水星坑坑窪窪的表面產生另一個大洞。

探測成果

根據美國宇航局“信使”號探測器獲取的數據,水星陰暗區內的明亮沉積物可能就是水冰。這些隕坑的溫度可能降至足夠低的程度,進而允許水冰存在根據美國宇航局“信使”號探測器獲取的數據,水星陰暗區內的明亮沉積物可能就是水冰。這些隕坑的溫度可能降至足夠低的程度,進而允許水冰存在

“信使”號截止2012年已拍攝了近10萬幅照片,同時對水星表面進行了400多萬次測量。以前認為水星是一顆‘死星’。現在有證據證明水星內部存在與眾不同的動力學現象,說明水星曾在很長時間內處於活躍狀態。

根據“信使”號的引力測量數據,有研究小組推測水星可能擁有一個巨大的鐵核,占到水星半徑的近85%,地幔和地殼只占15%,就像一層桔子皮。

利用水星表面的雷射測量數據,研究人員對水星北半球的多個地貌特徵進行了測繪,結果發現海拔變化幅度小於火星或者月球。此外,在水星卡諾里斯盆地發現了水星最大的隕坑。 “信使”號還對水星表面的鐵和鈦進行了測量,發現它們的平均含量要高於科學家原先的估計,與一些月海玄武岩相當。

2012年11月,科學家宣布“信使號”發現水星有冰水的證據,其位置在水星北極永遠陰暗的地方,相信冰水起碼有1.5尺深,甚至可能有65尺深。科學家表示,雖然未有數據支持,但說不定水星南極也可能有冰水存在。

技術難點

溫度控制

由於水星距離太陽很近,“信使”號在繞水星軌道運行時必須經受住高溫和強太陽輻射的考驗。為此,任務規劃人員專門為“信使”號打造了一把“遮陽傘”,也就是具有高反射性的耐熱遮陽罩。研究人員表示,遮陽罩安裝在“信使”號前端的一個鈦結構上,高大約8英尺(約合2.4米),寬大約6英尺(約合1.8米),能夠很好地保護這顆探測器。
在水星距離太陽最近時,遮陽罩前方的溫度可達到700華氏度(371攝氏度)。但在遮陽罩的後面,“信使”號以及所攜儀器的溫度卻保持在室溫狀態,即大約70華氏度(20攝氏度)左右。

精確測控

信使號需要將近7年的時間才能進入水星軌道,整個行程接近80億公里,對於這么漫長的時空距離,做好衛星的精確測控是另一個必須解決的難題。中國科學院院士中國探月工程首席科學家歐陽自遠:距離太遠,但是你必須把它的軌道控制得非常好,讓它能夠按照科學家的需要進行探測,這裡面又產生一個問題就是必須精確的測控。

盤點未來探索太空的機器人

未來太空探索的機器人,它們中的一些已經開始了工作,還有一些正在路途中,不過現在我們可以先看一看未來幾年太空無人探索是怎樣的。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們