「航天知识:空间探测器」近地行星探测器

「航天知识:空间探测器」近地行星探测器插图

近地行星探测器简介

美国和俄罗斯(苏联)是行星探测的主要力量,通过发射无人行星探测器,对太阳系内的太阳和九大行星进行了大量的勘测,极大提高了人类对太阳系的认识程度。下面我们对美国和俄罗斯的主要行星探测器和探测活动作一个简要的介绍。

1959年1月2日,苏联发射了人类第一个空间探测器——“月球1号”。它主要测量了月球和地球磁场、宇宙射线的强度与变化;研究了太阳微粒辐射、星际气体成分和流星粒子;制造了人工钠云(人造彗星)并拍了照片。同年9月26日,它进入日心轨道,成了第一颗人造行星。1959年9月13日,苏联发射的“月球2号”成功实现了在月面的硬着陆,成为了第一个登上月球的人造物体。

美国直到1961年才开始发射月球探测器——“徘徊者号”,而直到1964年,“徘徊者7号”才成功在月球上硬着陆,并发回照片。

(1)金星探测器

人类对其他行星的探索,始于地球的近邻——金星。美国于1960年3月11日率先向金星发射了行星探测器“先驱者5号”,然而却因为电池故障造成无线电通信中断,以失败告终。结果首次抵达金星的是苏联的“金星3号”,它于1966年3月1日在金星硬着陆成功,成为世界航天史上第一个到达行星的探测器。

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“金星3号”金星探测器

(2)火星探测器

长久以来,人们对火星可能存在生命一直寄予厚望,希望能够在近处考察它。1962年11月1日苏联捷足先登,发射了世界上第一个火星探测器——“火星1号”,迈出了探测火星的第一步。然而,在飞向火星的途中,因通信故障在距地球一亿多公里处与地球失去了联系。这次美国人占了风头,1964 年11月28日,美国从卡拉维拉尔角将“水手4号”探测器送入了奔向火星的轨道。1965年7月15日,从离火星表面10000公里处飞过,行程5亿多公里,成了第一个绕过火星的人造行星。“水手4号”携带电视摄像机,首次从火星附近向地球发回火星的详察图像。1971年5月28日,苏联从拜科努尔把“火星3号”送上天空,同年12月2日进入火星轨道,轨道舱在火星表面软着陆成功,成为航天史上第一个抵达火星的人类使者。

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“水手4号”探测器

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“水手10号”水星探测器

(3)水星探测器

水星是太阳系中最靠近太阳的行星,人类迄今为止只向它发射了一颗探测器“水手10号”。“水手10号”是双星探测器,1974年2月5日在距金星5300km处飞过,借助金星引力场飞向水星。它的绕日轨道周期是水星绕日轨道周期的2倍,每隔6个月与水星靠近2次,直至控制姿态的气体耗尽。“水手10号”装有两架高性能相机、粒子探测器、红外辐射计、紫外光度计等。它探测到水星有一球形磁场,强度为地球磁场的1%;在水星的极稀薄的大气中含有微量的氦、氩、氖气体;水星表面温度为-210~510℃,水星的直径为1600km。与此同时,人们还发现水星的环形山和类似地球内核的铁核。

(4)木星、土星、天王星、海王星、冥王星探测器

太阳系的外行星——木星、土星、天王星、海王星、冥王星,距地球十分遥远,对人类来说既奇妙又陌生。然而那惊人的土星光环、难解的木星红斑……却深深地吸引着人们去探索。从20世纪70年代初起,美国先后派出了“先驱者号”和“旅行者号”两组“探险队”,独揽了对太阳系外层空间的探测。“先驱者10号”于1973年12 月飞近木星,行程10亿公里,发回了300幅木星和木卫的照片,并利用木星引力场加速飞向土星,又借助土星引力场加速,于1986年10月越过冥王星的平均轨道,成为了第一个飞出太阳系的航天器。

「航天知识:空间探测器」近地行星探测器插图4

“先驱者10号”探测器

(5)新时期的探索

20世纪80年代末,美国发射了科学仪器更加先进的“麦哲伦号”金星探测器和“伽利略号”木星探测器;90年代,又发射了“月球探测者”、“火星探路者”、“火星全球勘测者”、“星尘彗星探测器”等。

可以预见,随着航天科技的不断发展,随着世界各国对探索宇宙奥秘、开发利用宇宙资源的重视,人类的星际探测活动将越来越活跃,探测的目的、内容将更趋深入和明确,手段将更为完整和先进,宇宙探测将步入新的发展阶段。

第一个行星探测器——“水手2号”

“水手2号”探测器(见图7.9)是美国发射的第二个水手系列探测器,该探测器成功地掠过金星从而成为人类第一个成功接近其他行星的空间探测器

20世纪60年代,从美国太空总署发射的“水手号”探测器是美国发射到金星、火星和水星附近的一系列不载人航天探测器。其中“水手2号”是美国第一只成功的星际间探测器,是世界上第一个到达火星附近的星际间探测器。“水手2号”探测器于1962年8月27日成功从发射场发射。 作为“水手1号”太空船备份的“水手2号”(MARINER 2)质量为202.80 kg,其任务在于试图飞越金星并传回此行星的大气、磁场以及质量等数据。

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“水手2号”

「航天知识:空间探测器」近地行星探测器插图6

来自“水手2号”的金星近景照片

从地面发射之后,“水手2号”首先进入118km的地球轨道。980s后火箭第二级启动,“水手2号”开始进入转移轨道。发射后44min,太阳能电池完全展开。8月29日,各种科学仪器开始工作。9月8日,“水手2号”突然失去了姿态控制,但3min后又恢复了过来,这可能是某个部件的碰撞造成的。10月31日,太阳能电池不能正常工作,科学仪器也因此被迫关闭。一周后,太阳能电池恢复正常,然而在11月15日太阳能电池又出现了问题。幸运的是,此时“水手2号”已经足够接近太阳,所获得的电力仍在可接受的范围之内。12月14日,雷达系统开始工作,“水手2号”开始以30°的角度接近金星。其距离金星最近的时刻为世界标准时1962年12月14日19点59分28秒,此时的高度为34773km。之后“水手2号”开始进入日心轨道。世界标准时1963年1月3日7点是最后一次接收到它发回信号的时间。根据其发回的数据,科学家们估计金星上覆盖着厚达60km的二氧化碳大气层,金星表面温度大概在425℃。

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