水手計畫

水手計畫

水手計畫是由美國太空總署所主導的一項計畫,計畫發射一系列探測火星、金星、水星的無人太空船。

簡介

水手號飛船的比較手號飛船的比較
水手號計畫是由美國太空總署在1962年和1973年之間所主導的計畫。在此計畫中發射了一系列為火星、金星、水星而設計的無人太空船。這個計畫奪得多項第一,包括:第一次星際飛越(flyby)、第一個行星Orbiter以及第一個以重力加速航行的太空船。
在水手號計畫系列中十個飛行器中,七個成功三個失敗。原本計畫的水手11號及水手12號演變成航海家計畫中的航海家1號及航海家二號,而維京1號及維京2號火星軌道太空船則是放大版的水手9號太空船。從航海家系列之後基於水手號設計的太空船還包括前往金星的麥哲倫號、前往木星的伽利略號。被稱為MarinerMarkII的第二代水手號太空船最終演變成為目前正環繞土星的卡西尼號。最近發射前往冥王星的新地平線號,雖然大致基於簡化的先鋒10號、先鋒11號,但也有部份特徵源自水手號系列,包括三軸穩定器(3-axisstabilization)及一個航海家、卡西尼號式的通訊碟型天線。

結構

水手系列探測器基於徘徊者探測器發展而來,基座是1.04米直徑、0.36米厚的六邊形。基座背面是48厘米直徑的碟狀定位天線,正面為金字塔型的金屬框架。兩側為長5.05米,寬0.76米的太陽能電池板。除此以外還有備用的水銀電池為系統供電。動力系統則是一個225牛推力的聯氨和4台控制姿態的氮氣噴氣機。 

上個世紀60年代,從美國太空總署發射的“水手”號探測器是美國發射到金星、火星和水星附近的一系列不載人的航天探測器。其中“水手2號”是世界上第一隻成功的星際間探測器。

所有水手號太空船皆基於八角型匯流排設計,可放置所有電器設備,例如天線、相機、推進劑及電源。在水手4號之後所有水手號太空船都有四個太陽能板做電源,除了水手10號有兩個太陽能板,以及設計源自於游擊兵月球探測船計畫的水手2號。此外,除了水手2號及水手5號的所有水手號太空船都有電視相機。
前五艘水手號太空船以阿特拉斯-愛琴納火箭發射,而後五艘則用阿特拉斯-半人馬火箭發射。而所有在水手10號發射、基於水手號的探測船都用泰坦三E型火箭、泰坦四型無人火箭或是用固態燃料做為慣性上層節(InertialUpperStage)

水手1~10號介紹

水手號水手號

水手1、2號

水手1號

原本企圖飛越金星,嘗試於1962年7月22日發射,但升空後約五分鐘搭載它的阿特拉斯火箭故障偏離軌道,而遭到空軍RangeSafetyOfficer(RSO)摧毀。水手2號原本做為水手1號的備份機,在1962年8月27日發射,以3又1/2個月飛至金星。水手2號任務成功而且變成第一個飛越其它行星的太空船。
任務:飛越金星
質量:203公斤(446磅)
感測器:微波及紅外線輻射計(radiometers)、宇宙塵,太陽等離子及高能輻射、磁場
狀態:
水手1號-升空後不久遭到摧毀。
水手2號-不再運作,位於日心軌道

水手2號

“水手2號”探測器於1962年8月27日成功從發射場上發射。做為“水手1號”太空船備份的“水手2號”(MARINER2)重量為202.80kg,其任務在於試圖飛越金星並傳回此行星之大氣、磁場以及質量等數據。“水手2號”長距離飛行所需之電源,是由兩片183cm×76cm以及152cm×76cm的太陽能板所供應,並於發射後44min完全地伸展運作,除了輻射探測器失效外,“水手2號”其他探測儀器於全程之巡航任務中均正常地維持操作功能。“水手2號”於航向金星的過程中曾一度由於太空懸浮粒之撞擊而失去控制,但在11月初包含太陽能吸收板之故障均又回復正常的運作。在1962年12月14日“水手2號”以距金星34773km的距離通過金星,並於1963年1月3日前持續不斷地傳回所偵測之資料,整體而言此行之任務算是極為成功,目前“水手2號”仍然運行於太陽軌道中。

1964年,美國先後向火星發射了兩枚探測器:水手3號和水手4號。

水手3號於12月5日發射升空,是美國發射的第一枚火星探測器,然而探測器的保護外殼未能按預定計畫成功與探測器分離,導致探測器偏離軌道,最終導致發射失敗。

水手4號於12月28日發射升空,這是有史以來第一枚成功到達火星並發回數據的探測器,水手4號於1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠過火星,向地球發回了21張照片,此後又在環繞太陽軌道上花費三年時間對太陽風進行探測。水手4號發回的數據表明火星的大氣密度遠比此前人們認為的稀薄。

第一次成功發往火星的行星探測器是美國1964年11月28日發射的“水手4號”。次年7月,“水手4號”飛近這顆紅色行星,距離表面9,846公里。該探測器攝取了22張火星的特寫照片,它首次確認了火星表面隕石坑的存在。

1967的6月14日起飛的水手5號,飛到離金星的距離只有4000千米的地方。

1969年美國兩艘宇宙飛船“水手6號”和“水手7號”飛向火星。“水手6號”主要在火星赤道地區,“水手”7號在南半球。兩架飛船都飛過火星,拍取了210張高解析度的照片。這些照片揭示出火星表面受到侵蝕的跡象。

1971年,美國向火星發射了兩枚探測器,嘗試進入火星軌道,環繞火星飛行,以獲取火星的高清晰照片。

1971年5月8日,水手8號發射升空,幾分鐘後因火箭故障墜入了大西洋。

1971年5月30日,水手9號發射升空,這是有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器,取得了空前的成功。“水手9號”在經歷了5個半月的飛行之後,於1971年11月13日抵達火星。這是第一次行星際宇宙飛船真正圍繞另一行星作軌道運行。數星期內,由於大規模的塵暴將整個行星遮得嚴嚴實實,“水手9號”無法拍攝火星表面的照片。但是,在近一年的努力之中,“水手9號”繪製出了火星的地形,攝得火星的衛星火衛一和火衛二的照片。

“水手9號”發射回來的7,329張照片覆蓋了火星表面超過80%的部分,揭示出一顆寒冷的布滿塵埃的行星,有著坑坑窪窪的表面,被死火山、大峽谷和極冠所統治著。最令人驚奇的是這樣一個發現:看似乾涸已久的河床在某一時期曾擁有豐富的水源。發向地球的照片反駁了火星上存在運河的觀點,使科學家作出結論,這顆紅色行星上並沒有生命存在的明顯跡象。

水手10號是人類設計的首個執行雙行星探測任務的飛行器,也是第一個裝備圖像系統的探測器,它的設計目標是飛越水星和金星兩大行星。它在1973年11月3日,由美國發射升空。水手10號重503千克,裝備有紫外線分光儀、磁力計、粒子計數器,電視攝像機等儀器。1974年2月5日,水手10號從距金星5760千米的地方飛過,拍攝了幾千張金星雲層的照片。然後它繼續朝水星前進。1974年3月29日,水手10號從離水星表面700公里(435英里)的地方通過,然後進入周期為176天的公轉軌道,環繞太陽運行,其周期正好是兩個水星年,這使它每次回到水星時都是在以前的同一地點,因為水手10號每繞太陽一圈,水星正好繞兩圈。1974年9月21日,水手10號第二次經過水星;1975年3月6日,它第三次從水星上空330公里(203英里)處經過。此時,水手10號耗盡了使它保持穩定位置的氣體,因此無法再對這顆行星作進一步研究了。不過這3次近距離觀測已拍攝到了超過1萬張圖片,涵蓋了水星表面積的57%。

水手3號、4號

水手號水手號

水手3號水手4號是飛越火星計畫。水手3因發射載具無法拋棄噴嘴整流片而失敗。它的姐妹船水手4號在1964年11月28日發射並首次成功飛越火星,第一次取得火星近距離的一瞥。
任務:環繞火星
質量:261公斤(575磅)
感測器:配有數位磁帶的照相機(約可拍攝20張)、宇宙塵、太陽等離子、輻射遮版、宇宙線、磁場、無線電掩星和天體力學
狀態:
水手3號-故障。位於日心軌道.
水手4號-未知。受微隕石撞擊後失去聯絡

水手5號

這艘太空船於1967年6月14日發射前往金星,並且於1967年10月接近金星附近。它攜帶了全套實驗,以無線電波探測金星大氣、檢測紫外線下的亮度,並取得太陽粒子樣本及磁場變動現象。
任務:飛越金星
質量:245公斤(540磅)
感測器:紫外光度計、宇宙塵、太陽等離子、輻射遮版、宇宙線、磁場、無線電掩星和天體力學
狀態:水手5號-故障。陷入日心軌道

水手6、7號

水手6號、水手7號為兩艘相同的火星任務太空船。水手6號於1969年2月24日發射,水手7號於1969年3月27日發射。它們曾飛越火星赤道及南半球。
任務:飛越火星
質量:413kg(908lb)
感測器:配有數位磁帶的廣角和窄視野照相機、紅外光譜儀和輻射計、紫外光譜儀、無線電掩星和天體力學。
狀態:
水手6號-故障,陷入日心軌道。
水手7號-故障,陷入日心軌道。


水星8號、9號

水手號水手號

水手8號及水手9號是設計來聯合繪製火星地表地圖的兩艘姐妹船,但水手8號因火箭故障而失敗。它的姐妹船水手9號於1971年5月發射並成為第一個環繞火星的人造衛星。它於1971年11月進入火星軌道並開始拍攝地表照片及以紅外線及紫外線儀器分析火星大氣。
任務:環繞火星
質量:998公斤(2,200磅)
感測器:配有數位磁帶的廣角和窄視野照相機、紅外光譜儀和輻射計、紫外光譜儀、無線電掩星和天體力學。
狀態:
水星8號-發射失敗。
水星9號-結束。目前在火星的aerocentric軌道上,至少直到2022年才會脫離軌道進入火星大氣。

水手10號

水手10號水手10號

水手10號太空船於1973年11月3日發射,它是第一個以重力支持軌道(gravityassisttrajectory)加速,進入金星重力影響區內,接著金星的重力將它拋至一個稍微不同的軌道以接近水星。它同時也是第一個以近距離接近兩個行星的太空船,還是第一艘近距離拍攝水星照片的太空船。
任務:飛越金星及水星
質量:433公斤(952磅)
感測器:一對配有數位磁帶的窄視野照相機、紅外光譜儀和輻射計、紫外光譜儀、帶電粒子、磁場、無線電掩星和天體力學。
狀態:水手10號-不再運作。位於日心軌道.

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