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  • 伽利略号木星探测器

    伽利略号是1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射的,是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器,也是美国宇航局发射的最成功的探测器之一。它于1989年升空,1995年12月抵达环木星轨道。它旅行了28亿英里,它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈,获得了有关木星大气层的第一手探测资料,在1995年将一个探测器放到了木星上。它发现在木星的卫星欧罗巴(Europa)、Ganymede、Callisto的地下有咸水,还发现木星卫星Io上有剧烈的火山爆发。“伽利略”号探测器在2003年9月21日坠毁于木星,以此结束其近14年的太空探索生涯,是美国宇航局自1999年以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。

    编辑摘要
    • 小彦2003年的时候坠毁的,号称美国最成功的探测器。

    目录

    简介/伽利略号木星探测器 编辑

    伽利略号探测器的结构图及仪器伽利略号探测器的结构图及仪器

    1989年 10月18日,由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道的“伽利略”号木星探测器,是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器。伽利略木星探测计划始于1978年,最初计划于1982年1月发射,后因经费不足、飞行设计修改和航天飞机发射失败等原因而先后9次变动计划。致使发射一再推迟,研制经费高达13.6亿美元。

    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

    1989年10月18日,由美国的“亚特兰蒂斯”号航天飞机施放了一颗“伽利略”号木星探测器。这是迄今为止世界上研制和发射的结构及性能最为复杂,技术最为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。此次“伽利略”号木星探测计划是由美国和联邦德国联合进行的。

    “伽利略”号飞船造价近10亿美元,是美国迄今最精密的星际飞行器,整个发射计划耗资约15亿美元。飞船总重 2550公斤,有一具核动力装置,内装22.7公斤放射性铀-238。飞船配备着摄像机、近红外勘测分光仪、磁强仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器,用于木星大气层构成、云层结构、温度、磁场等方面的勘测和研究。

    “伽利略”号发射后,不停地朝向太阳轨道飞行了两年,于1990年2月通过金星,于1990年12月以时速1.429万千米的速度,首次通过地球轨道,再以时速12.71万千米的速度,于1992年12月第二次通过地球轨道和地—月交会轨道,并对它们都“顺便”进行红外观测。最后以时速14.03万千米的速度,于1995年12月7日到达木星。它的轨道器在释放出探测器后,就成为木星的人造卫星,探测器则下降到木星表面,并及时地向地球连续地发回了各种宝贵的探测数据。使人类对这个距离地球非常遥远的星球第一次有了了解。

    “伽利略”号木星探测飞船,是美国动员了成千上万名专家和工程技术人员,耗费了巨额资金研制成功的。飞船起飞总重为2550千克,由轨道器和大气探测器两部分组成。

    “伽利略”号探测飞船的轨道器结构十分独特,它采用双自旋结构,由一个每分钟数圈慢速旋转的自旋舱和一个定向舱组成。自旋舱有一台直径5米的抛物面天线和无线电传输装置,一台主发动机和两组辅助的小型喷管,以钚239为燃料的热核电发电机、磁强计和等离子体粒子遥感装置,高能粒子检测仪,尘埃粒子检测仪等。而定向舱的体积比较小,里面只装备着多种先进的光学摄像装置,一架小型天线,CCD照相机。这种照相机比“旅行者”号探测器上的照相机灵敏度高100倍,可拍摄到大量清晰的天体图象。轨道器的总重量为2205千克。

    伽利略号木星探测器伽利略号木星探测器
    大气探测器由制动防热罩和一个球形仪器舱组成。制动防热罩是一个120度锥角的钝头圆锥壳体,表面覆盖着一层很厚的碳烧蚀防热层。这层防热罩的重量占了探测器总重量 的50%。球形仪器舱里装备了大气组分探测计、质谱仪、氦气浓度计,测云计,辐射计,高能粒子探测计等多种先进的探测仪器设备,还装备有降落伞系统,无线电发射装置和电源系统。大气探测器的总重量为345千克。

    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,并绕木星飞行了22个月,拍摄到木星及其卫星的大量清晰的照片;大气探测器则深入木星大气层的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最后进入大气层,它承受了400g的加速度,表面压力高达14个大气压,表面温度高达780摄氏度高温,在它打开降落伞徐徐下降的过程中,展开了各种测量工作。随着高度的下降,大气压力和气温越来越高,最后高达20个大气压,这时,环形探测器被大气压垮,探测工作被迫终止。整个工作历时1小时。

    技术参数/伽利略号木星探测器 编辑

    伽利略号木星探测器这是一张美国"伽利略"号探测器于1998年5月31日拍摄到的木星卫星“欧罗巴”表面照片。
    “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。 [1]

    历史/伽利略号木星探测器 编辑

    伽利略号木星探测器这是一张1989年拍摄的美国"伽利略"号探测器的资料照片

     “伽利略”号是美国宇航局发射的最成功的探测器之一。它于1989年升空,1995年12月抵达环木星轨道。此后,该探测器对木星及其卫星进行了7年多探测,获得了不少重要发现。去年十一月是伽利略号进入太阳系最大行星木星轨道的七周年纪念,当时伽利略号飞越木星的卫星之一阿曼尔(Amalthea,又称木卫五),而且继续下探木星的辐射带。

    伽利略号是核子动力宇宙飞船,造价十五亿美元,一九八九年十月十八日由亚特兰提斯号航天飞机发射后飞越金星一次、地球两次,藉两行星的重力加速。

    伽利略号在飞往木星途中,拍摄了一部地球在太空中运转的电影,还为两颗小行星拍下高分辨率的照片,并在一九九三年拍下彗星破片撞进木星大气层的的唯一一批照片。

    过去十四年间,伽利略号也出过不少问题。一九九一年四月十一日,伽利略号价值三百七十万美元的五公尺宽高功率天线卡住,无法张开,宇宙飞船无法对地球进行高速数据传输,工程人员只好改用宇宙飞船的低功率天线进行作业。过了不久,宇宙飞船出了神秘的电子问题,不时让宇宙飞船进入受保护的「安全状态」。

    一九九五年十月,伽利略号飞近木星时,录取资料的磁带机卡住,后来工程人员也修复了这个问题。 “伽利略”号探测器在美国东部时间2003年9月21日纵身“跳”入木星大气层,以一种近乎自杀的方式使自己焚毁,为长达14年的太空之旅画上了句号。

    进入木星

    “伽里略”号探测器在美国东部时间2003年9月21日纵身“跳”入木星大气层,以一种近乎自杀的方式使自己焚毁,为长达14年的太空之旅画上了句号。

    “快点走啊,‘伽里略’号!”在地面控制人员的遥控下,重达2.5吨的探测器逐渐向木星靠近,然后飞入木星黑暗的背面。当天下午快4点的时候,“伽里略”号与地球的通信联系中断,几分钟后坠入木星大气层。

    “伽里略”号的坠落速度据估计达到约每秒48公里。按照这一速度,从美国西海岸的洛杉矶到东部的纽约只需82秒。它与木星大气剧烈摩擦产生的高温基本将探测器焚毁殆尽。

    难以割舍

    数百名科学家、工程技术人员和他们的家属,聚集在帕萨德纳的美国宇航局喷气推进实验室,遥送“伽里略”号走完最后一段路程。不少人已经在这个项目中工作数十年,探测器的陨落让他们颇为伤感。一位名叫洛佩斯的科学家说:“对一位老朋友说再见,真有点难过。”坠落过程开始后,最后一任项目主管亚历山大女士的眼睛也一度变得湿润。

    “伽里略”号虽然是一台无生命的机器,但它从孕育到坠毁过程中经历的种种辉煌和挫折,让科学家们难以割舍。

    “伽里略”号探测计划最早于上个世纪70年代初提出,1977年得到宇航局批准,但直到1989年才由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入太空。之后,探测器上的主天线曾出现故障,但地面控制人员最终找到了让它发回探测数据的其他办法。

    寿命延长

    探测器原定约2年的使命先后被3次延长。在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内,它创造的记录有:绕木星运行34周,与木星主要卫星35次相遇,发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据,在木星的三颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据,第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察,第一次对木星大气进行了直接测量。

    美国宇航局原打算让“伽里略”号在环木星轨道上运行下去,但探测器有关木卫二上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。“伽里略”号的主要使命不是去外星寻找生命,在设计时探测器没有经过消毒处理。当它燃料即将用尽时,在木星引力的作用下轨道可能发生变化,并可能与木卫二相撞。理论上,探测器与木卫二相撞可能导致地球的微生物在木卫二上立足,这种情况将会影响未来在这颗卫星上寻找本土生命的工作。

    美宇航局由此决定,在“伽里略”号燃料未完全用尽、还能控制运行轨道之时,让它葬身于木卫二之外的其他天体上,这个“安葬地”最终定为木星。

    不幸之旅

    伽里略号的旅程并不幸运。它原本的计划是由太空穿梭机将它和它的推动火箭--半人马座火箭送入地球轨道。然后半人马座火箭将用2年半的时间将伽里略号送抵木星。在80年代初,伽里略号完工的时候由于航天飞机和运载火箭没有准备好。所以推迟了发射时间。当一切准备妥当之后,升空日期便定在了1986年的5月。但在1986年1月的挑战者号穿梭机惨剧发生后,美国政府停止了一切的升空活动,并对安全准则作出了检讨。伽里略号的升空时间被延后至3年之后。新的安全准则也随之增加,包括使用低功率的推进火箭,并禁止在航天飞机的运送仓内放置燃料。这意味着半人马座火箭将取消。为了进入预期的轨道,太空船会先进入金星的轨道,再借助引力来加速,再两度折回地球加速,然后前往木星。这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。在等待升空的三年中,伽里略号被多次改造,运送和储藏。有人认为这3年的“旅程”很可能就是升空后诸多问题的原因。

    伽里略号利用增加了的旅程,对月球的光面和暗面的地表化学物质作出了比较,而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前,问题再度出现。伽里略号的主天线--高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为伽里略号和地球联络的主要工具,它的出错造成了严重的后果。本来伽里略号能每数分钟往地球发回一张照片,故障发生后变成了数周一张。幸而,计算机技术的发展对此作出了弥补。数据能通过压缩再传送,这使得照片的传送时间减少为数小时。

    伽利略号木星探测器美国"伽利略"号探测器

    困难重重

    伽里略号略过小行星带时,伽里略号对小行星951和小行星243(Ida)作出精密观测,发现Ida的卫星,并命名为dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中,伽里略号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程,地球上的望远镜则要等待木星自转来观测其阴影。

    然而,在到达木星的两个月前,另一个问题发生了。伽里略号的磁带记录器发生了故障。磁带记录器的主要任务是,记录伽里略号上各种仪器所探测到的结果,并在适当的时候发回地球。在主天线发生故障之后,磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整,伽里略号放弃了原本探测木卫一的计划。

    伽里略号带有一个探测器,该探测器的任务是冲入木星的大气,并在燃烧殆尽前,尽可能多的发回数据。这是个艰难的任务,与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后,探测器将与抵挡高温的挡热板脱离。独自承受木星的风暴,高温和巨大的压力。在1995年12月7日,探测器进入了木星的大气。探测器成功地发回了信号,并在降落了57分钟之后,探测器被木星发出的热力烧毁。但这57分钟大大地增加了我们对木星的大气和气候的了解。

    伽里略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽里略号到达木星之前,人们一共发现了16颗木星的卫星。伽里略号到达后又发现了多个卫星。现在,这个数字已经上升到了63个。

    由于受到辐射的破坏,伽里略号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。工程师由于能够修复磁带的资料,因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。

    从美国“伽里略”号探测器传回的最新的资料表明,在木卫二的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫二上有水”的假设添加了重量级砝码,并引起了生物学家对木卫二上是否存在生命的争论。

    伽利略号木星探测器伽利略号与木卫Io的最后一次“约会”

    结束使命

    “伽里略”号探测器在距木卫二上空351公里的地方飞掠而过。令人惊讶的是,木卫二地磁北极点的地理位置在变化,并且移动得很频繁,几乎每5个半小时就移动一定距离。 

    这个结果让许多科学家困惑:究竟是什么力量驱使木卫二的地磁北极点不断运动呢?“我认为这些发现告诉我们,在木卫二的地表之下有一个液体水层。”空间科学家玛格丽特·基维尔森说。按照科学家的解释,如果在木卫二的地表之下有一个液体传导层———诸如盐水层———那将可以最为完满地解释磁性极点的不断变迁。基维尔森据此表示:“这些新发现对于木卫二上存在海洋的设想非常具有说服力。”

    在伽里略号的任务结束后,美国太空总署的下一个探测器名为木星冰月轨道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JiMo),现在处于草拟阶段。 

    创造记录

    伽利略”号探测计划最早于上个世纪70年代初提出,1977年得到宇航局批准,但直到1989年才由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入太空。之后,探测器上的主天线曾出现故障,但地面控制人员最终找到了让它发回探测数据的其他办法。 探测器原定约2年的使命先后被3次延长。在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内,它创造的记录有:绕木星运行34周,与木星主要卫星35次相遇,发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据,在木星的三颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据,第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察,第一次对木星大气进行了直接测量。 美国宇航局原打算让“伽利略”号在环木星轨道上运行下去,但探测器有关木卫二上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。[1]

    坠毁/伽利略号木星探测器 编辑

    伽利略号木星探测器伽利略号成功坠毁木星后地面工作人员热烈拥抱庆祝

    NASA的伽利略号探测飞船美国时间2003年9月21日下午(北京时间9月22日凌晨)结束了在木星的八年使命,它按照预期撞向了这颗最大的行星,而科学家们在地球上热烈庆祝。

    在坠毁之日,“伽利略”号将运行到木星背面,然后以大约每小时17万公里的速度坠入木星大气层。“伽利略”号与木星大气摩擦过程中所形成的高温会使该探测器发生剧烈燃烧,并最终坠毁于木星。与“伽利略”号探测计划有关的约1500名各界代表,届时将聚集于美宇航局喷气推进实验室,为这颗探测器“送终”。伽利略计划主持人泰力格女士说:“伽利略号宇宙飞船已经老化,燃料快要用罄,而且不断暴露在辐射下。在宇宙飞船脱离我们的控制之前让它以受到控制的方式了结,这样做是对的。”对于参加建造、发射和照顾伽利略号的人来说,九月廿一日将标志一个时代的结束。

    NASA在加州帕萨德纳的喷射推进实验室发言人埃格尔表示,实验室在美国东部时间下午3:40(北京时间今天凌晨3:40)多与飞船失去了联系,比预期的时间早了2小时36分钟,有1000多人围绕伽利略进行工作,他们都来到了实验室庆祝任务结束。[2]

    疑问/伽利略号木星探测器 编辑

    探测器撞木星三问
    伽利略号木星探测器伽利略号木星探测器

    疑问一:“伽利略”带来了外星生命的佳音?

    许多人会问,为什么一个木星探测器会引起美国宇航局上千名科学家如此感慨?为什么会引起全世界许多人的瞻目?

    这得从“伽利略”号探测器的诞生和它带给人类的伟大发现说起。前后费时30多年,耗资14亿美元的“伽利略”号探测器其貌不扬,大小相当于一辆跑车,所搭载的仪器只有10件,控制它神经中枢的电脑更是只有相当于“苹果II”的性能,而且发射升空不久便发现其主天线和另一个重要仪器失灵。

    然而,就是它成了美国宇航局有史以来最伟大的太空探测器:它第一个拍到了月球和彗星在一起运行的照片;它第一个拍到了星际大爆炸的壮观情景。那是1994年,一颗彗星猛烈撞击木星,爆炸产生的威力比全世界的核武器爆炸能量加起来还多数百上千倍。这一情景最让地球感动的是,如果没有木星“无私”把彗星吸引到自己的身边,那么地球上的生命根本无法经受彗星天地大冲撞之重;最为伟大的是,它第一个拍到了木星卫星欧罗巴有海洋的照片!这让地球生命看到了外星生命的希望。

    疑问二:为什么要让“伽利略”号烈火焚身?

    既然“伽利略”号劳苦功高,而且迄今性能稳定,为什么非得让它撞木星大气层焚身灭迹呢?美国宇航局的答案非常明确:正是它的伟大发现决定了它最终悲壮焚身命运!

    美国宇航局太阳系探索部门负责人科伦-哈特曼说。人类进行太空探索最想揭开的一个谜是:“茫茫太空中,地球生命真的孤独吗?”“伽利略”号探测器让人类看到了外星球生命的希望,因为它从木星的卫星“欧罗巴”上发回的照片显示,这颗木星的卫星有一片海洋!在地球上,水意味着生命,因此在地球外的其它星体大气中,如果发现有水的迹象,那么就意味着生命的绿洲!现在,“伽利略”号上的燃料即将用花,一旦没有燃料的话,那么这个宇宙探测器将失控,有可能撞向欧罗巴的海洋中,“伽利略”号上的地球细菌有可能在那片陌生的外星海洋上生存甚至发展起来,从而污染了遥远的欧罗巴海洋,威胁那里可能存在的外星生命!

    “伽利略”项目负责人克劳迪娅说,让“伽利略”号探测器烈火焚身是件正确的事,因为欧罗巴的环境太珍贵太值得我们地球人保护了,而且欧罗巴的海洋一定会成为未来人类太空探索最聚焦的星球,因为,那里可能存在有地球生命的伙伴――外星生命!

    伽利略号木星探测器伽利略号木星探测器

    疑问三:“伽利略”最后之旅如何进行?

    最让人关心,最引人瞻目的当然是“伽利略”号的最后之旅。那么,“伽利略”号的最后时刻将会是什么样的呢?

    “伽利略”号先进入木星上空汹涌的高辐射的“粒子海洋”。 “伽利略”号探测器之前也数度进入这一极度危险的“粒子海洋”,承受探测器原设计四倍以上的辐射,探测器为此付出了巨大的代价――部分仪器损毁,照像机被震碎,探测器内载记忆系统失去。去年11月,探测器再度进入危险地带,结果承受了相当于一天能杀人1000次的强烈辐射。这次,“伽利略”号探测器进入危险地带后,搭载的系统会进入安全模式,但仍会顽强地向地球传回大量的数据,几个小时后,探测器将会彻底沉默,美国东部时间9月21日下午16时,“伽利略”号将转至木星的背面,紧接着,它将以10万英里的时速撞向木星上空的云层,由此产生的相当于太阳表面2倍的温度和巨大的气压将在几分钟内将探测器化为乌有![3]

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2010-09-28
    [2]^引用日期:2010-09-28
    [3]^引用日期:2010-09-28
    扩展阅读
    1伽利略号木星探测器国家数字文化网

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