原标题:《航天器连连看》7 | 命运多舛的金星守护者——“拂晓”号探测器

编者按

金星是太阳系内除太阳和月亮外,人类肉眼能够观察到的最亮天体。在中国历史上,它还有一个艺术感十足的名字——“太白星”。由于金星在大小、密度、质量和外表各个方面都与地球很相似,它也获得了地球“姊妹星”的美称。事实上,金星与地球迥然不同,金星的自转方向与地球相反,同时由于太阳的潮汐锁定作用,它的自转周期与绕太阳的公转周期相同,这也使得金星冲日时,地球永远只能看见它的一面。

金星有非常浓密的大气,只有借助射电望远镜才能穿透这层浓雾来看清它的本来面目,因此人们对金星内部的了解非常少。浓厚的大气也能抵挡太阳风的入侵,只不过在它的周围会形成电离层来保证金星内部电磁环境的相对稳定。同时金星大气中还有大量的二氧化碳,这也导致其表面温度很高,存在生命的可能很小,通过对其地表环境的研究也能对受温室效应影响下的地球保护起到一定的启发作用。

人类最早对太阳系内的行星探测便是从金星开始的,从上个世纪60年代开始,前苏联和美国就对解开金星的神秘面纱倾注了巨大的热情和资金。截止目前,飞往金星执行任务的探测器已经超过40个,其中就有前苏联首对环绕金星运行的“金星9号”和“金星10号”、首次测量金星大气温度并拍摄金星全景图片的“水手2号”、美国最先进的金星探测器——“麦哲伦”号和欧洲第一颗金星探测器——“金星快车”。

这些探测器获得了大量关于“太白星”的珍贵资料。如今喧嚣过后,只剩下一辆环绕金星运行的探测器了,那就是我们今天的主角——日本的“拂晓”号金星探测器,它也是日本第一颗金星探测器。它又会有什么样的故事呢?让我们一起走近它。

在东方,金星通常出现在破晓时,它也被称为“启明星”。项目小组希望日本的首颗金星探测器能够揭开金星上的奥秘,因此将其命名为“拂晓”号。日本H2A火箭搭载的“拂晓”号于2010年5月在日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空,与其一起升空的还有世界上首太阳风帆飞行器“伊卡洛斯”号。“拂晓”号计划利用不同波长的观测仪器在金星环绕轨道上对进行整体探测,以了解金星大气的构成。

然而就在“拂晓”号要点燃反向喷射推进器减速进入金星轨道时,意外发生了!它与地球的通信出现故障,导致地面监控中心无法测控卫星,在使用备份天线后,探测器上的主发动机却出现了故障,无法进行完全推力输出,导致变轨失败。错过了这次变轨机会,“拂晓”号只能继续绕太阳公转,等待下一次靠近金星进入其环绕轨道的机会。

然而这一等就是5年,在这期间“拂晓”号无法完成科学任务,它能做的只有等待。科学家们则一直坚持不懈的开展研究,试图挽救这艘飞船,此时飞船的主推力发动机已经无法再次工作,燃料已无用武之地,地面控制中心下令飞船排空燃料以减轻飞船自重,使它在变轨的过程中各加便于操纵。

2015年12月,激动人心的时刻终于到了,此时飞船变轨的重任已经交给了小型姿态发动机中的4台。这些姿态发动机的推力相比主推力发动机要小得多,因此只能依靠发动机的连续工作来达到变轨的目的。“拂晓”号上的4台姿态发动机按照预定计划持续点火了大约20分30秒,大大地减慢了探测器的速度,金星的引力成功将其捕获,使探测器进入金星的一条长椭圆形高轨道上运行。随后,经过多次发动机点火减速后,“拂晓”号最终进入到了一条绕金星运行一周仅需8天的近距离轨道,“拂晓”号的救援堪称成功。

尽管“拂晓”号成功进入了金星轨道,但它意外的延迟和挫折仍对探测计划造成了一些问题。由于其在绕日轨道上运行的时间比预计时间长,飞船的温度也比预期要高,这导致部分搭载仪器受到损伤。同时由于延迟以及变轨过程中消耗的大量燃料也会缩短探测器的使用寿命,目前这些困难已经开始逐步显现。

由于欧洲空间局的“金星快车”已于2014年结束了长达8年的探测使命,“拂晓”号则成为科学家们近距离开展金星探测的唯一希望。科学家们寄希望“拂晓”号探测器的最新探测数据能扩展并补充金星快车获得的数据,通过这两个项目的数据的结合能够获得更重要的科学成果。我们也祝愿绝处逢生的“拂晓”号在后续任务中好运相伴直到等来继任者。

中国科学院国家空间科学中心

责任编辑: