再掀高潮的金星探測

金星之友“麥哲倫”

以著名的16世紀(jì)葡萄牙探險家麥哲倫命名的美國“麥哲倫”金星探測器，于1989年5月4日由阿特蘭蒂斯號航天飛機送入地球低軌道，然后利用1枚固體火箭推入飛向金星的軌道。其目的就是深入了解這一神秘星球的內(nèi)幕。

重達(dá)3.55噸的“麥哲倫”是第1個用航天飛機發(fā)射的行星際探測器。它由公用艙、高度計天線、低增益天線、高增益天線、前設(shè)備艙、星掃描器、推進艙、火箭發(fā)動機艙、熱控百葉窗、太陽電池翼驅(qū)動裝置、太陽電池翼等組成。其上的1套先進的合成孔徑雷達(dá)和高度計，能透過厚實的云層測繪出金星表面上小如一個足球場的物體圖像，其清晰度能勝過此前所獲金星圖像的10倍。

“麥哲倫”繞金星飛行的軌道是條橢圓軌道，軌道周期是3.15小時。它在近拱點附近低高度飛行時，用雷達(dá)測繪金星表面，然后探測器朝向地球，把記錄下的數(shù)據(jù)發(fā)向地球。

與過去這類任務(wù)不同的是，“麥哲倫”在行星際航行途中沒有科學(xué)探測任務(wù)。經(jīng)過460多天的太空飛行，“麥哲倫”于1990年8月10日進入距金星表面最遠(yuǎn)點8500千米、最近點310千米的橢圓軌道，每3小時18分鐘繞金星1圈，并于8月16日首先用合成孔徑雷達(dá)對金星表面進行試驗性測繪，發(fā)回第1張金星照片，該照片顯示出金星表面面積為40千米×80千米大的熔巖平原，存在著震動斷層、火山錐和由火山熔巖構(gòu)成的平地。1990年9月15日“麥哲倫”探測器首次獲得第1張完整的金星地圖，從中發(fā)現(xiàn)金星上有巨大的熔巖流、數(shù)以千計的裂縫和火山口，還有高聳的山嶺、巨大的峽谷、隕石坑、沙丘和活火山等。

“麥哲倫”的探測表明，金星上有時發(fā)生大的風(fēng)暴，有過火山活動，表面溫度高達(dá)280℃～540℃。它沒有衛(wèi)星，沒有水滴，磁場強度很小，大氣成分主要是二氧化碳，金星上不適于存活生命物質(zhì)。“麥哲倫”還對金星95%的地區(qū)進行了高分辨率的重力測量。整個拍攝和測量過程歷時4年，取得了豐碩的科學(xué)成果。

1991年7月23日“麥哲倫”拍攝的雷達(dá)圖像使人們發(fā)現(xiàn)金星曾發(fā)生大滑坡現(xiàn)象，滑坡長7.5千米，寬2.9千米，這表明金星仍存在地質(zhì)活動。另外，還從圖像上發(fā)現(xiàn)1條6700千米長的溝道，這是目前在太陽系星球中發(fā)現(xiàn)的最長的地質(zhì)斷層。

“麥哲倫”上有2臺發(fā)射機，1992年1月壞了1臺，另1臺受熱干擾，影響了向地球發(fā)回金星圖像的能力，故到7月15日，地面控制中心關(guān)閉了這臺發(fā)射機，目的是確保當(dāng)“麥哲倫”于9月飛過金星南半球時仍能繼續(xù)工作。9月14日，“麥哲倫”降低軌道，距金星最近點縮短到274千米，開始作為期8個月的引力探測，精確測量金星引力在不同區(qū)域的變化，以便獲得金星內(nèi)部的情況。

1993年5月25日～8月3日，“麥哲倫”又不得不改變飛行軌道，對金星引力進行最詳細(xì)的探測。在此期間，它進入金星的內(nèi)環(huán)軌道，其最遠(yuǎn)點為535千米，最近點為180千米，繞金星1圈的時間是1小時35分，從而拍攝了更清晰的金星圖象。

到了1994年10月12日，由于“麥哲倫”上太陽能電池輸出電壓過低，無線電裝置無法維持正常工作，所以只能使它進入金星稠密大氣層，以試驗一種新穎的空氣制動技術(shù)，并獲取金星稠密大氣的數(shù)據(jù)。該探測器在進入金星大氣后燒毀，這是第1次利用一個行星際探測器進行這種破壞性試驗。

自從“麥哲倫”進入金星軌道，它在那里工作了4年2個月零2天，共繞金星飛行了15018圈，對99%的地貌全景進行了測繪，發(fā)回的數(shù)據(jù)超過此前其他探測器發(fā)回數(shù)據(jù)的總和。

已進站的金星快車

2005年11月9日，俄羅斯聯(lián)盟號火箭把歐洲空間局的“金星快車”探測器送入太空。它肩負(fù)著歐洲首次探測金星的使命，使人類擱置了十多年的金星探測計劃再次起動。目前，金星探測處于低潮期，而歐洲“金星快車”的升空無疑為它帶來一線生機，推動人類對金星的研究邁入一個新階段，掀起了金星探測的新高潮。

“金星快車”的投資總計約為2.65億美元。它有助于使人類進一步了解金星，比如分析金星表面云層中能夠吸收約一半太陽紫外輻射的未知成分，以及探測金星火山活動狀況等；能回答金星大氣的全球特性是什么？其大氣怎樣流通？金星的大氣成分隨著高度怎樣變化？其大氣和表面怎樣相互作用？金星的上層大氣和太陽風(fēng)怎樣相互影響等一系列問題。

“金星快車”探測器有望在如下幾個方面有所突破：解開金星大氣上層圍繞金星快速旋轉(zhuǎn)以及金星兩極地區(qū)強旋渦形成之謎；研究金星全球氣溫平衡狀況和金星上溫室效應(yīng)的形成機制以及金星溫室效應(yīng)的作用；研究金星云層的結(jié)構(gòu)及動態(tài)發(fā)展，研究較早前在其云層上部發(fā)現(xiàn)的神秘的紫外線斑；研究金星大氣隨高度增加而發(fā)生的成份變化，金星大氣如何與金星表面相互影響，太陽風(fēng)是如何影響金星大氣的。

歐洲空間局的“金星快車”項目是2001年提出的，相關(guān)工作啟動于“火星快車”發(fā)射前的8個月。有人把“金星快車”和“火星快車”稱為哥兒倆，它們之間存在著繼承性和相似性。“金星快車”采用與目前在軌工作的歐洲“火星快車”相同的平臺，目的是可節(jié)約探測器的設(shè)計造價和時間。在結(jié)構(gòu)設(shè)計和電子設(shè)備方面“金星快車”也與“火星快車”相類似，有的甚至直接采用“火星快車”和“羅塞塔”彗星探測器的備用硬件。歐洲空間局金星探測項目負(fù)責(zé)人馬科伊說：“它是名副其實的‘快車’，因為此前還沒有任何一個宇宙探測項目進展得如此之快，從提出最初構(gòu)想到探測器準(zhǔn)備發(fā)射總共只用了4年時間。”

它與“火星快車”有不少相似的地方，如結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)概念、電子設(shè)備、推進子系統(tǒng)和運行概念等，但兩者在運行環(huán)境和科學(xué)探測任務(wù)方面有很大的不同，所以其在熱控、通信和電功率方面的設(shè)計也明顯的改變。

例如，太陽對“金星快車”的輻射熱量是“火星快車”的4倍，為了消除日照的影響，其上空間等離子和高能原子分析儀-4的安裝位置改變了；其熱控系統(tǒng)也進行了修改，以適應(yīng)金星的內(nèi)部軌道和更熱的環(huán)境；在“金星快車”上沒有使用“火星快車”上“獵兔犬”和火星地下及電離層高級探測雷達(dá)。

在“金星快車”探測器獨自飛往目的地的100多天中，它用自身攜帶的發(fā)動機進行小軌道調(diào)整；當(dāng)快要達(dá)到金星時，它用主發(fā)動機使其將速度逐漸降下來，以便被進入金星的引力場范圍，在環(huán)繞金星的250千米×66000千米的橢圓極軌道運行。然后把收集到的數(shù)據(jù)先儲存起來，通過2副高增益天線把這些數(shù)據(jù)傳回地球。位于德國達(dá)姆施塔特的“金星快車”任務(wù)運行中心和位于西班牙的歐洲空間局深空地面站負(fù)責(zé)探測器的任務(wù)控制。在星際飛行期間進行的檢測表明，“金星快車”探測器各系統(tǒng)的工作狀況良好。

經(jīng)過約153天的漫長旅程后，飛行了4.1×108千米的歐洲 “金星快車”探測器提早9天于2006年4月11日最終進入預(yù)定的金星軌道。入軌后，“金星快車”與地球的直接距離為1.2×108千米，與金星的最近軌道距離為400千米。不過，它只在這一軌道停留了9天。在這期間，探測器調(diào)整太陽能電池板方向、伸展天線，并嘗試向地球傳回初步數(shù)據(jù)。9天后，它繼續(xù)向距金星更近的軌道飛行。5月7日，在圍繞金星飛行16圈后，探測器進入離金星更近的橢圓形軌道，在不對稱軌道上繞金星兩極飛行。此后，每24小時圍繞金星飛行一圈。5月13日起，探測器所搭載的7種科學(xué)儀器被激活，正式開始對金星進行全方位探測，即對金星大氣、離子環(huán)境及其與太陽風(fēng)的相互作用等進行測量。(未完待續(xù))