再掀高潮的金星探測

已進站的金星快車

(接2008年第10期)

“金星快車”探測器由阿斯特留姆公司研制，外型是1.65米×1.70米×1.40米的近似立方體結構，質量為1244千克，發射質量為1270千克，有效載荷質量約為104千克。

其總體構型為核心結構加外圍結構，星體被核心結構的隔板分割成6個隔艙，各有效載荷裝置依其主要需求來安置。

“金星快車”的溫控設計采用了被動控制方案，盡量做到與“火星快車”相一致。不過，考慮到金星是一顆內行星，且溫度更高，還是進行了一些系統和設計上的改動。

其推進系統與“火星快車”所用的雙元推進劑系統相同，但加注了更多的推進劑(約530千克)。推進劑為四氧化二氮和單甲基肼，供分四組安裝的8臺推力器和主發動機使用。

該探測器上對稱安裝有2個太陽電池翼，每個由2塊帆板組成，總面積5.7米²，采用三結砷化鎵電池。它們在地球附近可產生至少800瓦的功率，在金星軌道上的發電功率為1100瓦。在日蝕期時，可由3組24安時的鋰離子電池供電。

“金星快車”的通信系統由1臺雙頻段轉發器、1臺射頻分配單元、2臺行波管放大器、1臺波導接口單元和4部天線組成。

探測器的姿態測量采用星跟蹤器和陀螺儀來進行。姿軌控系統針對不同的任務階段(姿態捕獲與重新捕獲、日常科學任務操作和軌道控制)具有幾套工作模式。軌跡修正或軌道控制機動有4種模式。

它攜帶的科學儀器基本上沿襲了“羅塞塔”彗星探測器和“火星快車”探測器上的儀器，共有空間等離子和高能原子分析儀～、金星大氣特征研究分光計、行星傅立葉分光計、金星無線電探測儀、可見光。紅外熱成像儀分光計、磁力計及金星監測相機7種科學儀器。

這些儀器將對金星大氣、等離子環境和表面進行詳細研究。研究目標是提高對金星大氣的組成、循環和演變的了解。另外，探測器還會考察金星表面的特性和它與大氣的相互作用，而且還會尋找火山活動的跡象。

“金星快車”探測器入軌后的第2天，即2006年4月12日就拍攝并發回了首批金星照片，而且“出人意料地清楚”，“令人驚訝地詳細”。探測器所拍攝的這些照片向人們展示了金星表面的詳細結構和一些科學家們以前未曾預料到的細節。照片是探測器在經過金星下方時用所攜帶的可見光。紅外熱成像儀分光計和金星監測相機拍攝的，當時“金星快車”探測器距離金星表面1.98×10⁵千米～2.06×10⁵千米。首批發回的照片拍攝的是金星的南極地區，顯示了金星南極被濃厚的硫磺酸云覆蓋。據悉，南極和北極的情況相似，硫磺酸云的厚度超過20千米，金星被這些厚酸云裹得嚴嚴實實。最令科學家們感興趣的是照片中顯示的金星南極地區上空竟然有一個黑色的旋渦狀結構。科學家很早就對這顆具有溫室效應的行星上的黑色旋渦感興趣了，并猜測金星的南極也許有旋渦特征，而且在金星的北極地區早就發現了一個巨大的旋渦。這個旋渦具有不同尋常的“雙眼”特征，但在南極地區卻幾乎沒有發現這種現象。而首批發回的照片中的一張正好能夠很清楚地看到這個漩渦。任務科學家豪斯特·凱勒說：“我們現在可以看到在南極也有一個像北極一樣的旋渦。”“金星快車”科學小組的成員說，他們想知道這些旋渦是如何保持穩定的，它們所需要的能量又是從哪里來的。

科學家們曾一度認為，在太陽系內所有的行星中金星最不適合生命存在，因為金星的大氣壓比地球高出10倍左右，金星的溫度可達460℃，而且還擁有厚密的云層。然而，2002年9月份，美國科學家們卻發現金星上存在著微生物活動的痕跡。相信本次“金星快車”探測器對金星的考察將給科學家們展示出一個更加真實的金星。

目前，“金星快車”已發回了大量有價值的數據，比如，發現金星可能有活火山、金星颶風旋渦會快速變形、金星和火星這2顆差異巨大的行星居然都在以非常類似的方式與太陽風發生著相互作用、金星上很可能也存在類似移動的云、金星存在閃電現象、證實金星與地球可能是“雙胞胎”等。它還創造了數個第一：例如，第一次實現在紫外到熱紅外的光譜范圍對金星進行連續觀濺第一次應用太陽川亙星掩星技術對金星進行研究；第一次在近紅外透明窗口對低層大氣的合成物進行全球監測；第一次用3D離子分析儀、高能分辨率電子分光儀和高能中性原子成像儀對金星進行探測等。

未來的探測計劃

多次探測實踐表明，金星的濃密大氣使航天器難以拍到清晰的照片，金星的高溫使著陸器工作時間有限，故而收獲不夠理想。目前世界航天大國正在制定新的金星探測計劃。

俄羅斯最早提出要把一個超壓塑料氣球發射到金星表面60千米云層進行漂浮以獲取更多信息的探測計劃。在這一高度上的金星大氣氣壓相當于地球海平面上的壓力，氣球可以浮空進行探測；接著日本提出把一個金屬氣球發射到金星表面40千米氣層中漂浮的計劃。由于此一高度上的金星大氣溫度為300℃，氣壓為地球海平面壓力的20倍，金屬氣球既不會燒毀，又能浮空，故可開展探測活動。

日本準備發射第1個金星探測器行星－C。該探測器進入環繞金星的軌道后開展多學科的探測活動。它將在圍繞金星的300千米×6000千米的橢圓軌道上對金星大氣層進行測繪。這個重647千克的探測器將第一次持續對被稱做“超速旋轉”的金星多風暴大氣層進行測繪。它擬攜帶3臺紅外相機，對位于金星80千米高度的云層循環進行測繪；用1臺紫外相機對大氣的二氧化硫含量進行測量；用1臺光學照相機用來拍攝閃電。由于金星一般只有在日落前幾小時可見，使科學家在日出時揭開引起金星劇烈變化的氣候模式的機制很困難。為此，行星一C的軌道將允許它對金星進行連續20小時的拍攝。

負責日本金星探測計劃的小山孝一郎教授說，隨著熱帶雨林的減少，地球的環境日益變壞，他們想根據探測器發回的數據制作金星天氣圖，以對地球的溫暖化等環境問題的解明有所幫助。

金星云層中自東向西刮著每秒80米～110米的大風，比地球上的臺風要強得多。金星赤道自轉速度為每秒1.81米，僅相當于最大風速的1／60，故科學家們將這一疾風稱為“超速旋轉”現象。發現此現象雖已40年，但仍是不解之謎。日本計劃發射的金星探測器，主要目標之一就是要弄清這個問題。探測器通過攜帶的5臺能透過大氣的特殊紅外相機、紫外相機，對金星大氣進行立體結構的觀測，以弄清“超速旋轉”的真相。同時通過對金星地表熔巖的探測，弄清金星上是否存在活火山。

科學家們認為，通過對金星的研究，可弄清金星進化過程，這對預測地球的未來發展具有重要的意義。

近年來，美國對金星也重新有了的興趣，因為一些美國科學家在《太空生物學》雜志發表的一項研究報告中稱，金星的云層里可能存在著生命。科學家表示，金星燒得熾熱的表面不可能存在任何組織的生命，但是一些微生物完全可能存在于金星上空厚厚的云層內——因為這種厚云層具有獨特的抵抗太陽光熱度的功能。利用俄羅斯和美國兩國研究部門的資料，科學家們研究分析了金星云層水的成分，得出一個結論：金星云層化學成分可以證實這個星球上存在著微生物。對此，美國得克薩斯大學的教授魯伊斯-伊爾維認為，金星上的氣候變化可能與地球氣溫逐漸升高一樣。在這種情況下，微生物體可能逐漸適應了金星的高氣溫，并且生存下來。

此結論一出，頓時激起“千層浪”，一時間眾說紛紜，甚至連美國航宇局也宣布將研究金星探測器。

美國航宇局格林研究中心的倫迪斯博士及其同事現在已經設計出一種金星探測飛機，并自信地指出：這將是研究金星最有效的方法。在航宇局的這項計劃中，特別令人關注的是金星云層。因為其云層運動速度比金星自轉速度要快好多倍，這些云層經常出沒在50千米～75千米高空。

金星車降落在金星表面上的計劃也是這項研究計劃中令人感興趣的一點，金星車能否在高壓和高溫的金星表面“存活”，對于金星車是一個嚴峻考驗，為此美國航天工程師另辟蹊徑。為了延長金星車的工作時間，將它的復雜電子“腦”留在金星探測飛機上，因為金星探測飛機所處高度的溫度要比金星表面溫度低一些。

此外，為了確保電子儀器和機械裝置(如電機)在高溫條件下正常工作，將進行特殊研究，以便使金星探測飛機能夠控制金星車在金星表面的工作。

美國航宇局還正在制定一項計劃，準備用混合探測器探測金星。這種探測器由一個衛星和氣球組成，它將能夠應付金星環境惡劣的大氣造成的各種獨特問題。金星有二氧化碳組成的厚厚的大氣，而且環繞金星軌道飛行的探測器很難透過硫酸云霧得到清晰的表面圖像。金星的大氣的組成使該星球出現溫室效應，所以金星表面溫度很高，增加了在表面降落的困難。蘇聯在1985年雖然成功地使用氣球把探測器材降落到火星表面，不過持續時間很短。氣球只能隨風飄揚，不能控制著陸點。而混合探測器是把現代氣球和衛星結合，氣球由懸掛在其下面的舵掌握方向，它可像衛星一樣漂浮數月來探測金星，但探測距離要近得多，并能投擲探測器到金星表面。