欧洲的彗星追逐者_国外航天_外空网

ctnmz 发表于 2016-10-31 15:23:41

欧洲的彗星追逐者

轨道器　　　　“罗塞塔”是一项国际性计划，有14个欧洲国家及美国的共50多家工业承包商参与。主承包商是阿斯特里姆德国公司，而阿斯特里姆英国公司(负责探测器平台)、阿斯特里姆法国公司(负责电子设备)和阿莱尼亚空间公司(负责组装与测试)是主要分包商。　　　　“罗塞塔”探测器重3吨，主要包括两大部分，即轨道器和着陆器。轨道器是一个大型铝制箱体，尺寸为2.8米×2.1米×2.0米。重165公斤的11台科学仪器安装在顶部的有效载荷舱内。轨道器侧面有一个直径为2.2米的可控高增益天线，两个巨大的太阳能帆板从轨道器另两个侧面外伸，外伸总跨度约32米。每个太阳能帆板由5块面积为32平方米的电池板组成，并能旋转±180度，以最大限度地获取太阳能。　　　　接近彗星时，轨道器上的科学仪器几乎总能指向彗星，而天线和太阳能电池则分别面向地球和太阳。轨道器的侧面和背面很少接触到阳光，是控制内部温度的散热器和通风口的理想位置。另外，由于侧面和背面不正对彗星，受彗星尘埃损害的程度也最小。　　　　轨道器的中央是主推进系统，其中包括分别装有燃料和氧化剂的两个大型推进剂贮箱。轨道器还携带24台轨道与姿态控制推力器，每台推力为10牛。推进剂总重是整个探测器发射重量的一半多(约1.7吨)。　　　　轨道器上的11台科学仪器分别是：(1)紫外成像光谱仪(ALICE)，用于分析彗发和彗尾中的气体，测量彗星水和一氧化碳/二氧化碳的生产率，并获取彗核表面成分数据。(2)射电波发射彗核探测实验件(CONSERT)，用于研究由彗核反射和散射的射电波，借以探测彗星的内部构造。(3)彗星次级离子质量分析仪(COSIMA)，用于分析彗星散发出的尘粒的特性，包括其成分和是有机物还是无机物。(4)颗粒撞击分析仪与尘埃收集器(GIADA)，用于测量来自彗核和其它方向(由太阳辐射压力反射)的尘粒的数量、质量、动量和速度分布。(5)微型成像尘埃分析系统(MIDAS)，用于研究小行星及彗星周围的环境，获取粒子数量、尺寸、体积和形状数据。(6)“罗塞塔”轨道器微波仪器(MIRO)，用于确定主要气体的丰度、表面放气率和彗核亚表面温度，还用于测量所途经的两颗小行星锡瓦和大田原的亚表面温度。(7)光学、分光与红外远距离成像系统(OSIRIS)，为一台广角相机和一台窄角相机，用于拍摄67P/楚留莫夫－格拉西门克彗星彗核和飞往该彗星途中经过的小行星的高分辨率图像，并帮助选定最佳着陆点。(8)“罗塞塔”轨道器离子与中性分析光谱仪(ROSINA)，包括两台遥感器，用于确定彗星大气与电离层成分、带电气体粒子速度以及有它们参加的反应，并将研究小行星可能存在的放气现象。(9)“罗塞塔”等离子体组合仪器(PRC)，用5台遥感器测定彗核的物理特性，探讨彗发内部的结构，监测彗星活动，并研究彗星与太阳风的相互作用。(10)射电科学研究仪器(RSI)，利用探测器无线电信号的漂移测量彗核的质量、密度和引力，确定彗星的轨道，研究彗发的内部情况，另将测量锡瓦小行星的质量和密度，并在通过太阳后方(从地球上看)的过程中研究日冕。(11)可见光与红外热成像光谱仪(VIRTIS)，用于测绘和研究固态物质的性质以及彗核表面的温度，测定彗星气体，描述彗发的物理状态，并帮助选定最佳着陆地点。　　　　着陆器　　　　重100公斤的着陆器名为“菲莱”，由德国宇航研究院率领一些欧洲机构研制，成员包括欧空局以及奥地利、芬兰、法国、匈牙利、爱尔兰、意大利和英国的研究机构。它将是第一个在彗核表面上软着陆的航天器。在“罗塞塔”到达67P/楚留莫夫－格拉西门克彗星之前，盒形的“菲莱”将一直呆在轨道器的侧面。一旦轨道器到达目的地，并调整到正确的方位，地面站就会发出指令，让“菲莱”自动弹离母探测器，展开它的3条“腿”，以备在完成弹道式下降飞行后在彗星上轻轻地着陆。它的“腿”可吸收掉大部分动能，减小发生弹跳的可能性，并能旋转、抬高或倾斜，以使着陆器回到直立位置。由于彗星引力很小，因此在着陆瞬间，“菲莱”会弹出一个鱼叉式的装置，以便能把着陆器锚在彗星表面上，防止飘走。“菲莱”实施科学考察的最短时间为几星期，但也可能会持续数月。着陆器结构由一块基板、一个仪器平台和一个多面体夹层构造组成。所有结构均采用碳纤维制造。一些仪器和分系统放在覆有太阳能电池的壳体下面。着陆器上的一部天线可通过轨道器把数据从彗表发回地球。　　　　“菲莱”上带有10台科学仪器，总重21公斤。它还装有一件钻探装置，用于采取亚表面物质的样品。这些仪器的任务是，测量彗星表面及内部物质的元素、分子、矿物学及同位素构成；测量彗核的特征，如近表面强度、密度、构造、多孔性、冰相及热力学特征，其中构造测量包括对细微颗粒的显微研究。10台科学仪器分别是：(1)阿尔法粒子与X射线光谱仪(APXS)，下放到离彗核表面不到4厘米的位置，用于探测阿尔法粒子和X射线，从而提供彗表元素成分数据。(2)彗核红外与可见光分析仪(CIVA)，利用6台同样的微型相机来拍摄表面的全景照片，另用一台光谱仪来研究从表面采集的样品的成分、构造和反射率。(3)射电波发射彗核探测实验件(CONSERT)，用于探测彗核的内部结构。来自轨道器上同名仪器的射电波将穿过彗核，由着陆器上的一台应答机发送回去。(4)彗星采样与成分实验件(COSAC)，是两台放出气体分析仪之一，用于根据元素和分子组成来探测和确定有机分子络合物。(5)明确稳定同位素成分轻元素确定与认识方法/托勒密实验件(MODULUS/Ptolemy)，为一放出气体分析仪，可对轻元素的同位素比率进行精确测定。(6)表面与亚表面科学多用途遥感器(MUPUS)，利用位于着陆器锚定装置上、探头上和外部的遥感器来测量彗表的密度及热力学和力学特性。(7)“罗塞塔”着陆器成像系统(ROLIS)，为电荷耦合器件(CCD)相机，用于在下降过程中获取高分辨率图像，并获取其它仪器采样区的立体全景图像。(8)“罗塞塔”着陆器磁强计与等离子体监测仪(ROMAP)，用于研究当地磁场和彗星与太阳风间的相互作用。(9)样品与分发装置(SD2)，可钻探到表面以下20厘米以上，采集样品，并交给不同的加热炉或用于显微镜观察。(10)表面电、震动与声学监测实验件(SESAME)，用3台仪器测定彗星外层特性。其中彗星声探测表面实验件用于测定声通过彗表的传播方式，介电常数探测仪用于研究其电特性，而尘埃回落监测仪则用于测量回落到表面上的尘埃。　　　　长途跋涉　　　　3月2日，“罗塞塔”由阿里安5G＋型火箭从法属圭亚那库鲁发射升空，开始了为期10年、长达50亿公里的跋涉。重约3吨的该探测器在踏上飞往外太阳系的征程之前，首先进入一条地球停泊轨道。目前还没有一种运载火箭能把这样大的卫星直接送往67P/楚留莫夫－格拉西门克彗星，阿里安5大推力火箭也不例外。为此，“罗塞塔”将像一个“宇宙弹球”一样，在内太阳系内弹来跳去，在10年当中绕着太阳转将近4次。在兜着圈子飞行的途中，“罗塞塔”将两次进入小行星带，并利用近距离飞越火星(2007年)和地球(2005、2007和2009年)带来的引力“弹射”效应来提高速度。　　　　“罗塞塔”将首先离开地球，发射一年之后的2005年3月与地球首次再会，飞越距离为300～14000公里。其间要完成的主要操作包括跟踪、轨道确定和有效载荷测试。飞越前后还要进行轨道修正机动。首次飞越地球之后，“罗塞塔”将在2007年2月从相距约200公里处飞过火星，并开展一些科学观测。火星对地球的遮挡会造成约37分钟的通信中断。此后，探测器还将分别在2007年11月和2009年11月两次飞越地球。　　　　在飞往小行星带的途中，“罗塞塔”将进入被动巡航模式。飞过小行星带时，探测器会重新工作，在距小行星几千公里远处对其进行观测。记录下来的科学数据将在飞越小行星后传回地球。在2011年5月进行一次大型深空机动后，探测器将在2011年7月进入休眠期，直到2014年1月被唤醒。在此期间，“罗塞塔”与太阳和地球的距离都将达到最大值，分别为约8亿公里和约10亿公里。　　　　探测器最终到达67P/楚留莫夫－格拉西门克彗星附近的时间为2014年5月。此后其推力器将工作几小时，使探测器减速，以便能与该彗星的运行轨道相匹配，从而与该彗星“比翼双飞”。两者间的相对漂移速度将减小到25米/秒左右。接下来的6个月，它将一点点地向死气沉沉的黑色彗核靠近，最终使两者的距离达到只有数十公里，为过渡到全球测绘和着陆器部署等工作铺平道路。此间，操作人员需尽量使探测器避开彗尘，争取有良好的光照条件。相机拍到首批图像后，对彗星位置、轨道、尺寸、形状和旋转情况的计算精度将得到显著改善。探测器与彗星的相对速度将持续逐步降低，到约90天后达到约2米/秒。到2014年8月，探测器离彗核将不足200公里，所拍图像将揭示该彗星的自旋轴指向、角速度、主要地标和其它基本特征。探测器最终将进入约25公里的绕彗核运行轨道，两者的相对速度这时将下降到只有每秒几厘米，从而使其成为人类第一个绕彗星做轨道运行的探测器。至此，轨道器将开始对彗核进行详细测绘，并最终选出5个候选着陆点进行近距离观测。　　　　到2014年11月，探测器将选出一个合适的着陆点，并在约1公里的高度上将着陆器释放出去。着陆器将以人散步的速度(不足1米/秒)接触到彗核表面。锚定到彗核上后，着陆器将发回高分辨率照片以及其它有关彗星上的冰和有机尘埃的数据。这些数据将首先传给轨道器，再由轨道器在下次与地面站联系时传回地球。与此同时，轨道器将继续绕彗星作轨道运行，观测彗核在飞近、而后又飞离太阳过程中发生的变化。　　　　整个任务将在2015年12月结束。届时“罗塞塔”将在出发4000多天后再次从接近地球运行轨道的地方经过。（徐菁许彤）

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