執行撞月使命的探測器

簡介

從1959年蘇聯發射第一顆月球探測器至今,人類已經發射了硬著陸探測器、月球軌道器(即繞月探測器或月球衛星)、軟著陸探測器、月面巡視探測器、自動取樣返回探測器等不同類型的月球探測器,其中硬著陸探測器和一些繞月探測器是在受控方式下撞擊在月球表面的,這些探測器主要包括蘇聯的月球-2號、美國的“徘徊者”硬著陸探測器、月球軌道器、“月球勘探者”探測器歐洲航天局的“智慧-1號”探測器等。

月球-2號

著陸月球的開創者
月球-2號是人類成功發射的第一個月球硬著陸器,也是最早來到月球上的人類文明的使者。1959年9月12日,在蘇聯首次將一顆月球探測器——月球-1號送到月球上空之後僅僅8個月,蘇聯的“月球-2號”伴隨“月球號”火箭的呼嘯再次升空,對準月球飛奔而去,於9月14日抵達月球,隨後這顆390千克的探測器以每秒3.3千米的速度撞擊在月球上的兩座環形山之間;在撞到月面之前,月球-2號向地球發回了有關月球磁場和輻射帶的重要數據。這次任務帶去了蘇聯的國旗,是人類文明史上第一次將人造物體降落在月球上。

徘徊者

捨生取義的勇敢探險者
20世紀60年代,為順利實施阿波羅載人登月計畫,美國實施了三項無人月球探測計畫,用“徘徊者”硬著陸探測器對月面進行初步觀測;用“勘察者”月球軟著陸對月面的力學特性進行現場考察;再用“月球軌道器”環月軌道探測器對月球進行測繪並為選擇著陸場獲取數據。這些計畫的目標最初是針對月球表面進行科學研究而提出的,其中“徘徊者”是第一批以撞擊月球的方式獲取科學數據的探測器,可以說它們是為獲取月球科學數據而捨生取義的勇士。
美國先後發射了9顆“徘徊者”硬著陸探測器,它們的任務是在撞擊月球前的暫短時間內拍攝月球照片並實時傳回地球。在高速撞向月球的過程中,“徘徊者”攜帶的電視攝像機不斷地進行拍攝,以獲得高解析度月面圖像。
從1961年至1965年,美國發射了9顆“徘徊者”硬著陸探測器,其中前6顆均告失敗,“徘徊者7號”首次圓滿完成撞擊月球任務。1964年7月28日,“宇宙神-阿金納B”運載火箭搭載著“徘徊者7號”發射升空準確進入預定軌道,在完成拍攝月球表面的任務後,於7月31日撞擊月面,“徘徊者7號”在高速撞擊月球之前拍攝月球表面之前,共向地面傳送了4316幅高質量的月球畫面,其中,它的最後一幅畫面是在距月面僅426米高時拍攝的,揭示了不到1米大小的細節。“徘徊者8號”飛向了靜海內一個平坦的區域。它發現那裡的地形與風暴洋類似:坡勢平緩的平原,到處都是月坑,從而為“阿波羅”飛船著陸選址提供了重要信息。“徘徊者9號”墜落在阿爾芬斯月坑之前發回了5814幅照片,這幅照片顯示了約0.3米大小的細節情況。

月球軌道器1號

首顆在控制狀態下撞月的繞月探測器
月球軌道器1號是美國於20世紀60年代研製的首顆圍繞月球運行的探測器,它的主要任務是對阿波羅飛船所有可能的著陸場進行拍照,測量月球周圍的流星體通量,並通過對探測器的精確跟蹤來確定月球的引力場。“月球軌道器1號”於1966年8月10日發射升空,在對阿波羅飛船的9個主候選著陸場和7個次候選著陸場以及部分月球背面地區進行了大量拍攝,獲得了質量甚佳的中等解析度照片之後,於1966年10月按照指令硬著陸在月球上。該探測器還在撞月前進行了照相觀測,並發回了207幅照片。從1966年到1967年,美國發射了5顆“月球軌道器”環月軌道探測器,除月球軌道器1號在控制的方式下成功撞月外,有的月球軌道器則隨著軌道的降低,在失去控制的方式下自由墜毀在月球表面。

月球勘探者

找水的使者
月球上到底有沒有的問題,長期以來就是科學家們關注的一個焦點。1994年美國的“克萊門汀號”探測器獲得月球南極地區上可能存在水的證據,為此美國宇航局在1998年發射了“月球勘探者”探測器去進一步尋找月球南極地區有水冰存在的證據。“月球勘探者”首先進入環繞月球的軌道,利用其專門探測水凍的中子譜儀等有效載荷,在環月軌道上對月球進行遙感探測,隨後在其壽命即將結束之時撞向月球,以進一步探測月球上是否存在水冰。
美國國家航空航天局的研究人員相信,當重達160千克的“月球勘探者號”高速撞向月球南極的一個可能存在水凍的區域時,釋放的能量很可能撞開一個大坑。如果水冰確實存在於月表月壤層中,撞擊力將足以使水冰蒸發或濺射出一團水蒸氣,地面和空間的探測設備通過觀測水汽雲可以判斷是否有水存在的證據。1999年7月31日,地面指揮人員下達了最後的撞擊命令,這個探測器以6115 千米/時的速度向月球極地預定目標表面猛烈撞去。這一撞擊能量相當於140輛2噸重的小汽車同時以每小時200千米的速度相撞所產生的能量。科學家原本估計撞擊將激發18 千克左右的水蒸氣供地基和天基望遠鏡觀測,從而得到無可爭議的存在水凍的證據。遺憾的是,“月球勘探者號”撞擊後卻沒有出現期待中的水汽雲,哈勃空間望遠鏡和德克薩斯大學麥克唐納天文台地基探測設備均沒有探測到任何有關水的信息。“月球勘探者號”的“光榮殉職”沒有換來水蒸汽信號,這給月球上到底是否存在水的問題留下了陰影,但現在還不能得出月球上不存在水的結論,科學家們對此也給出了多種合理的解釋,因此對月球是否存在水還需要進一步地開展探測與研究。

智慧-1號

歐洲第一顆月球探測器
台北時間2003年9月28日法屬蓋亞那庫魯航天中心傳出震耳欲聾的轟鳴聲,“阿里安-5”火箭搭載著“智慧-1號”發射升空。“智慧-1號”不僅是歐洲第一枚月球探測器,標誌著歐洲探月行動的正式開始,也是人類進入21世紀以來進行的第一次探月活動。智慧-1號在太空中遨遊14個月,對多項新技術進行了驗證,然後於2004年11月接近月球,2005年3月進入預定的環月球軌道,它在環月軌道上飛行1年左右時間,並利用攜帶的多色微型相機、月表紅外探測器、X射線成像儀等先進儀器,收集月球地質、地貌、礦物和月球環境數據,以幫助科學家更好地認識地-月系統。
2006年下半年,在推進劑燃料即將耗盡之前,歐洲航天局的地面控制人員對“智慧-1號”進行了多次飛行軌道調整,於2006年9月3日以將近2千米每秒的速度(垂直速度為70千米/小時)和一定的傾斜角度,撞向預先選定的月球優湖地區(撞擊點位置:西經46.2o,南緯34.4o)。在接近月面的過程中,“智慧-1號”採用其攜帶的“先進月球成像實驗儀”獲取了高清晰度的三維圖像,還用小型X射線光譜儀、紅外光譜儀從較低高度對月面區域進行詳細的觀測。“智慧-1號”對月球的這一撞擊,產生了一團小閃光,揚起寬約10千米的月球塵埃帶,持續時間長達5~10分鐘,並最終在月面撞出一個直徑約3~10千米、深1米的坑。歐洲航天局利用地面設備對整個過程進行了觀察和監測。觀察和分析撞擊產生的閃光和濺射的塵埃,可以了解撞擊的物理機制、月面表面性質和撞擊過程中探測器的運動方式,這些數據對未來的月球探測計畫具有重要的參考價值。

月船1號

月球探測的新生力量
印度於2008年10月22日發射了印度首顆月球探測器——月船-1號,11月12日該探測器成功進入繞月飛行的工作軌道,2天后它釋放了一個用於撞擊月球的月球撞擊探測器(MIP),並實現了預定的撞擊計畫。MIP於印度時間2008年11月14日與月船-1號分離,隨後它啟動減速火箭降低飛行速度以進入下降軌道,然後向月面俯衝,在下降過程中,MIP攜帶的三個有效載荷進行了探測工作:視頻成像儀拍攝了月面高解析度影像,質譜儀對月表上空極稀薄大氣進行了探測,雷達高度計記錄的MIP的下降速率,MIP獲得的這些信息在其下降的過程中將不斷地返回給月船-1號,月船-1號探測器星載存貯器記錄這些信息,隨後讀出信息並轉發給地面測控中心。其中,雷達高度計記錄的MIP的下降速率等數據對於印度後續的月球軟著陸探測任務能夠提供幫助。

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