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  • “伽利略”号木星探测器

    伽利略号探测器是美国宇航局一艘无人航天器,专门用作研究木星及其卫星。它以文艺复兴时期意大利天文学家伽利略的名字来命名,1989年10月18日由航天飞机亚特兰蒂斯号运送升空,于1995年12月7日接近木星。由于燃料的消耗,且在发射前并未通过无菌处理,为免与木卫二碰撞,造成污染,2003年9月21日伽利略号以每秒50公里的速度坠落木星大气层,结束它长达14年的任务。

    编辑摘要

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    命名/“伽利略”号木星探测器 编辑

    1609年12月,意大利科学家伽利略造出了能放大33倍的望远镜,并用它发现了木星的卫星。之后,他又发现了3颗木星的卫星。这4颗卫星就是木卫1、2、3、4,它们后来被称作“伽利略卫星”。400多年之后,为了纪念这位伟大的科学家,美国还以他的名字命名了世界第一个大型木星探测器,“伽利略”木星探测器就这样诞生了。

    概述/“伽利略”号木星探测器 编辑

    “伽利略”号木星探测器“伽利略”号木星探测器

    1976年,科学家们设想对木星及其“伽利略卫星”——木卫一伊娥、木卫二欧罗巴、木卫三干尼梅德和木卫四卡利斯托实施一次探测任务。1977年夏天,国会批准了经费,项目开始筹备起来。到1982年,探测器发射的时间表得以确定。按照计划,“伽利略号”将是第一个由航天飞机发射的探测器。实际上,“伽利略号”还承担着帮助当时还处于起步阶段的航天飞机树立起美国未来太空探索主要工具的任务。然而,事情却就此急转直下。航天飞机和探测器自身的问题使“伽利略号”的发射时间一再推后,从1982年先后改期为1984年、1985年、1986年,最后终于定在1989年。在这期间,它经历了预算削减、政治风波、5任总统的更替、数次彻底的重新设计、 “挑战者号”航天飞机的失事,依然顽强地坚持了下来。1989年10月18日,尽管已经错过了最理想的发射时机(1982年),尽管因为动力的限制它必须选择一条迂回前进的路线——绕过金星一次、地球两次以获得足够的引力加速度,“伽利略号”还是由“亚特兰蒂斯号”航天飞机带入太空,开始了自己的征程。 “伽利略”号探测器是迄今世界上发射的最复杂、最先进的行星际探测飞船,它是用来执行美国经过10年精心准备的最重要的木星探测计划的。

    由于“伽利略”木星探测器改用了推力较小的波音公司的“惯性末级”助推火箭,所以它只能选用借金星和地球重力加速绕道飞行路线。这样一来,“伽利略”号需历时约6年才能抵达木星,行程约为40亿公里,而直接飞向木星的原计划仅需用2.5年的时间。

    构造/“伽利略”号木星探测器 编辑

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    “伽利略”号探测器呈不规则长形体.总重约2717千克,由木星轨道器和再入器两部分组成,在到达木星前约150天时,两者分离,轨道器环绕木星运行探测;再入器深入水星大气层考察。

    轨道器是由美国的喷气推进实转室设计、制造和操作的,其总重为2378千克,正常情况下以3.15转/分自旋稳定。其上的主要设备为;推进舱,包括一个机动推力器和一个单一入轨推力器,与推进剂一起共重约1185千克;2台放射性同位素热电偶发电机,可提供0~480瓦的电力;一个约5米直径的高增益地球通信天线,用S和X波段与地球通信,定向精度为0.1度。轨道器上还装有很多精密的探测仪器,主要包括:CCD摄像机,发回的照片清晰度比“旅行者”探测器的高20~1000倍,可分辨出木星卫星表面3O~50米范围的细节;近红外绘图分光计,可探测出、磷化氢、水、甲烷等组分;紫外分光计能探测出氮、氢和氧等;光子偏振、辐射计,可以测量偏振光和光强度;磁强计、高能粒子检测仪、等离子体检测仪、等离子体波分系统(测量电场和磁场变化)、尘埃粒子检测仪和重离子计数器等,可用于对木星磁层等的研究。

    再入器是由美国航天局的艾迈斯研究中心负责设计,休斯飞机公司创造的。其外形呈扁锥体,总重约339千克、其中仅防热壳就重达220千克。其上有2台1波段发射机、能以128比特/秒的速率发送测量数据,经轨道器中继到地球。再入器上的探测仪器有:大气结构检测仪,能测量木星大气的温度、压力等;中性质谱仪,可测定木星大气组分;氦分量检测仪,用于测定木星大气中的氦气含量;测云计、纯流量辐射计以及光和射电检测仪等。

    工作原理/“伽利略”号木星探测器 编辑

    “伽利略”号木星探测器“伽利略”号木星探测器

    “阿特兰蒂斯”号航天飞机于12时54分从肯尼迪航天中心发射,带着重约17.5吨的“伽利略”号和“惯性末级”联合体进入约300公里的太空轨道:在飞行到6小时21分钟时,于墨西哥湾上空将联合体释放入空间。1小时后,两级“惯性末级”助推火箭相继点火;当使探测器加速到相对地球11.26公里/秒的速度时,探测器产生2.9转/分的自转,并于太平洋上空与助推火箭分离,奔向金星,进入环绕太阳飞行的行星轨道。

    1990年2月“伽利略”号飞越金星时,首先借助金星重力加速飞行;继而于1990年12月8日在离地球960公里处飞过,第一次借助地球重力加速,进入较大的椭圆轨道环绕太阳飞行;1992年12月8日,探测器从距地球296公里处飞过,第二次借助地球重力加速,使其相对太阳的运行速度达到141530公里/小时,从而进入飞向木星的更大半椭圆轨道,于1995年12月7日到达木星。

    为了尽可能发挥“伽利略”号探测器的作用,在其飞在木星的旅途中,对途径的金星、地球月球和小行星等进行多方面的探测。利用探测器上携带的电视摄象机、红外分光计、紫外分光计和尘埃检测仪等,观测地球南极臭氧层的破坏情况,寻找“温室效应”气体;搜索出现在赤道区平流层上空的水;测量地球遥远磁层内的等离子;遥远距离拍摄地球影片:观测月球未被绘的区域;寻找从月球表面扩散的氢;测量地球周围的尘埃;观测金星;测量星际介质;测量太阳风和磁场;观测GasPra和Ida等小行星。

    探测木星

    轨道器于1995年7月到达木星轨道前150天,放出大气探测器后,沿着木星椭圆轨道执行探测任务,并绕木星飞行22个月,拍摄木星及其卫星的照片;大气探测器深入木星大气层深处探测大气层的成分和物理特性。这个探测器以每秒48千米的速度进入狭窄的通道进入大气层,它承受了400克的加速度,表面压力高达14.2×106帕,表面温度高达7800℃高温,在它打开降落伞徐徐下降的过程中,展开了各种测量工作。随着高度下降,大气压力和气温越来越高,最后高达2.03×106帕,这时,球形探测器被压垮,整个工作历时1小时。探测器将完成对木星大气层的温度、压力和大气组分等测量工作并将数据送回地球。

    探测任务
    轨道器到达木星范围后,环绕木星飞行22个月,共运行11圈,对木星及其卫星实施近距探测。它完成三方面的探测任务:对木星本身、木星的卫星和木星强大磁场产生的复杂磁层进行观测;测定木星大气的化学组分、云粒子性质、云层位置和辐射热平衡;探测研究木星大气的环流和动力学、高空大气层和电离层、等离子体分布、高能粒子分布、木星的能源及其组分、木星卫星的磁层相互作用等。

    发现/“伽利略”号木星探测器 编辑

    “伽利略”号木星探测器“伽利略”号木星探测器

    “伽利略号”在没有看到木星之前观测到许多此前从未被近距离观测过的天体。

    1991年10月,在飞过小行星带时,“伽利略号”拍下了小行星Gaspra的照片。这是人类第一次获取一颗小行星的近距离图像。不到一年后,“伽利略号”又拍下了另一颗小行星Ida,并发现了它的卫星dactyl——第一颗小行星的卫星。1994年,它还直接观测到了苏梅克-利维9号彗星撞击木星的经过。在长达6年的飞行后,1995年,“伽利略号”终于抵达了木星,立刻开始了对木星大气层及表面的观测。

    但是,“伽利略号”的观测能力却因为它的主天线——高增益天线(High-Gain Antenna)的故障而大大打了折扣。因为发射时间延迟而带来的飞行路线改变,为了保护“伽利略号”上的高增益天线免受超过预计的太阳热量的损害,在1990年12月它第一次飞过地球时,项目工程师将伞状的高增益天线收了起来,通过剩下的一对低增益天线以较慢的速率发送和接收数据。然而,1991年4月,当“伽利略号”远离太阳,过热的危险解除后,直径4.8米的高增益天线却再也打不开了。特别行动小组进行了大量试验,终于发现,可能是天线的18根“伞骨”中的几根(可能是3根)在合拢时卡住了。尽管工程师和科学家们花了很多力气来打开这些伞骨,结果却全是枉然。从1993年到1996年间,因为其他一些配套设备的改进,伽利略项目的工程师们使用低增益天线和临时改装的数据速记系统,依然取得了许多惊人的成就。

    1995年7月13日,“伽利略号”携带的降落探测器与主飞行器分离,开始朝着木星做自由落体运动。5个月后,这个锅形的探测器在1995年12月7日以每小时17万公里的速度冲入木星大气,在打开降落伞后缓慢下降200公里。在这个长达58分钟过程中,它在相当于地球表面气压23倍的环境下向“伽利略号”发回了火星大气中的日照、热流、压力、温度、风、闪电和大气成分等数据,远远超出了当初设计时的预想。

    尽管完成最初任务中4次飞过干尼梅德、3次飞过卡里斯托和3次飞过欧罗巴使“伽利略号”饱受辐射重创,但在6年前,它的预定任务完成后,伽利略项目的科学家们发现,“伽利略号”依然老当益壮。1997年12月,“伽利略号”的服役期第一次被延长。在延长期中,它的主要研究对象被定位成木卫二欧罗巴和木卫一伊娥。

    欧罗巴是最让科学家们兴奋的一颗卫星。在延长的服役期中,“伽利略号”一共8次飞过欧罗巴。发回的大量数据显示,在这颗冰封的星球表面之下,可能覆盖着辽阔的海洋。而如此众多的液态水,很可能预示着某种形态的生命的存在。

    此外,在“伽利略欧罗巴任务”和“伽利略千年任务”中,伽利略号观测到了伊娥上令人惊心动魄的火山喷发场景,干尼梅德奇异的磁场,卡里斯托伤痕累累的表面,并为“卡西尼号”探测器提供了帮助。

    最后贡献/“伽利略”号木星探测器 编辑

    “伽利略”原定工作到1997年,但该探测器一直进行着卓有成效的探测,于是美国航空航天局几次延长它的工作寿命。美国航空航天局专家原本计划让“伽利略”在环木星轨道上运行下去。但考虑到“伽利略”的燃料即将用尽,在木星引力的作用下,其运行轨道有可能发生变化,并有可能导致该探测器与木卫2相撞。那样的话,附带在“伽利略”上的地球微生物就会被带至木卫2,使木卫2受到“灾难性的”污染,同时可能摧毁该星球上的“可能存在的生物”,未来对该星球研究的准确性就会大为降低。因此,科学家决定让“伽利略”坠毁于木星。

    2003年9月21日,“伽利略”木星探测器运行到木星背面,然后以每小时约17万千米的速度坠入木星大气层。它与木星大气层摩擦的高温使该探测器发生剧烈燃烧,并最终坠毁于木星,结束了长达14年的使命。美国航空航天局喷气推进实验室对外宣布,该实验室在美国东部时间21日下午3时40分与“伽利略”号彻底失去了联系,比预定的时间早了2分36秒。

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    扩展阅读
    1人民网:“伽利略”号用自杀告别太空 为保护环境而自毁,2003年09月29日
    2全球防务:“伽利略”号木星探测器,2003年11月27日
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