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第13章 访问外星的使者——空间探测器(2)

根据我国月球探测工程的四项科学任务,在“嫦娥1号”上搭载了8种科学探测仪器,即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。

卫星将直接执行月球表面三维影像探测、月表化学元素与物质探测、月壤厚度探测和地月空间环境探测等4项科学任务。11月26日,国家航天局正式公布“嫦娥1号”卫星传回的第一幅月面图像。

对“嫦娥1号”备份星进行技术改进而成的“嫦娥2号”将作为中国探月工程二期先导星于2011年年底前完成发射。“嫦娥2号”CCD相机的分辨率将由“嫦娥1号”的120米提高到10米,以深化月球科学探测,其他探测设备也有所改进,所探测到的有关月球的数据将更加翔实。“嫦娥2号”的主要任务是要获得更清晰更详细的月球表面影像数据和月球极区表面数据。

根据航天系统的安排,2012年前后将发射“嫦娥3号”,2018年将发射月球采样返回器。“嫦娥3号”包括一个月球着陆器和月球车,将实现月球软着陆和巡视探测任务。

“嫦娥3号”月球探测器在科学技术方面将实现四个第一:研制并发射中国第一个地外天体着陆探测器和巡视探测器;第一次利用“长征3号乙”运载火箭发射地月转移轨道航天器;第一次建立和使用深空测控网进行测控通信;第一次实现月球软着陆、月面巡视、月夜生存等一系列重大突破。

“嫦娥1号”的成功发射,使我国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。

知识点

月海

所谓的月海,是指月球月面上比较低洼的平原。用肉眼遥望月球,我们会发现有些黑暗色斑块,这些大面积的阴暗区就叫做月海。月海是月球表面的主要地理单元,总面积上约占全月面的25%。迄今已知的月海有22个,绝大多数月海分布在面向地球月球的正面,正面月海约占半球面积的一半;月球背面只有东海、莫斯科海和智海共3个,而且面积很小,占半球面积的2.5%。

月海虽叫做“海”,但徒有虚名,实际上它滴水不含,只不过是较平坦的比周围低洼的大平原,它的表层覆盖类似地球玄武岩那样的岩石,即月海玄武岩。苏联发射的“月球24号”探测器软着陆地点危海便是月海之一,它位于月球东北半球,直径605千米,面积约176万平方千米。

走访金星的空间探测器

人类在登陆月球之后,各国科学家的下一个探索目标就是金星。之所以把金星作为下一个探测目标,一是因为金星是距离地球最近的行星,二是因为在人类眼中,金星表面完全被浓厚的大气和云层所覆盖,从地球上用望远镜观测看不到什么,这就增加了金星的神秘感。对于金星,瑞典化学家阿累尼乌斯曾猜测说,金星表面的所有物体可能都是湿乎乎的。由于高温,植物生长很快,所以生物的寿命都很短。当时他相信,金星和25亿年前的地球相似,高达10米左右的蕨类植物茂盛,森林中生活着类似蜥蜴那样的爬行动物。

随着科技的发展,人类已初步揭开了金星的面纱。下面就让我们来看看人类对金星的探访历程。

苏联“金星号”探测器

苏联“金星1号”探测器1961年2月12日,苏联发射了“金星1号”,这是第一个飞向金星的探测器。“金星1号”探测器重643千克,在距金星9.6万千米处飞过,进入太阳轨道后由于通信中断,没有探测结果。

1965年11月12日和15日发射的“金星2号”和金星“3号”探测器,都因通信系统发生故障而未把金星的观测数据传回来。

1967年6月12日发射了重达1060千克的“金星4号”,经过大约35000万千米的远途飞行,进入金星大气层。然后着陆舱与探测器分离,降落在金星表面白昼黑夜交界线1500千米的地方。“金星4号”的着陆舱直径1米,重383千克,外表包着一层很厚的耐高温壳体。由于金星大气的压力和温度要比预想的高得多,所以着陆舱降落到金星表面时损坏了,未能发回金星上探测到的情况。

首次向地面传回金星表面温度等数据的探测器,是1970年8月17日发射成功的“金星7号”,它在同年12月15日实现在金星软着陆,这时地球与金星之间的距离为6060万千米。它的着陆舱重约500千克,测得金星表面的温度为摄氏447度,气压为90个大气压,大气密度大约为地球的100倍。“金星7号”是第一个到达金星实地考察的使者。

苏联“金星15号”探测器此后,苏联又相继发射了9个“金星号”探测器。1975年6月8日和14日发射的“金星9号”和“金星10号”,在金星表面各拍摄了一张金星全景照片,首次向人们展露出它的容颜。1981年10月30日和11月4日发射的“金星13号”和“金星14号”,又拍得4张金星表面彩色照片。从这些照片上发现,金星表面覆盖着褐色的砂土,岩石结构像光滑层状板块。1983年6月2日和7日升空的“金星15号”和“金星16号”,均未携带着陆舱,而是历经130个昼夜,飞行3亿多千米,分别于同年10月10日和14日进入金星的卫星轨道运行,通过雷达对金星表面进行了连续综合考察,获得了许多宝贵资料,使人们对金星有了更丰富的了解。

美国从“水手号”到“麦哲伦号”探测器

冷战期间,美苏展开太空竞赛,各自发射探测器对金星进行探测。此时美国先后发射了10个“水手号”金星探测器。1962年7月22日发射的第一个“水手1号”重202千克,1967年发射的金星探测器“水手5号”带两块太阳能电池板,但因火箭偏离轨道,发射失败。一个月后的8月27日,“水手2号”发射成功,到12月14日从距金星34800千米处飞过,探测了金星的大气温度。它发现金星没有磁场或者辐射带,表面既干燥又焦热,表面温度可达摄氏425度,大气压力是地球的20倍。“水手2号”揭开了人类探测金星的序幕。

1967年6月14日起飞的“水手5号”,飞到离金星距离只有4000千米的地方。“水手10号”探测器于1973年11月3日发射。它重503千克,携带有紫外线分光仪、中巴地球资源卫星磁力计、粒子计数器、电视摄像机等仪器。1974年2月5日,它飞经距金星5760千米的地方拍摄了几千张金星云层的照片。“水手10号”探测器是第一个同时探测金星和水星的双星探测器,它于金星附近结束探测任务后又借力飞往水星。

1989年发射的“麦哲伦号”金星探测器1978年5月20日和8月8日,美国又先后发射两个“先锋号”探测器,第一个进入金星轨道,最近距离只有150千米,不断向地面传回观测到的情况;第二个则有4个子探测器在金星上着陆,其中一个撞击金星后未损坏,继续在灼热的金星表面上工作了68分钟,取得了实地考察数据。

探测结果表明,金星表面犹如一个巨大的温室,几乎没有风,由于它周围有着厚厚的二氧化碳大气层,温度高达摄氏470度。金星与地球的物理参数相似,有充足的二氧化碳,但却无水,上面不可能存在生命。

直到1989年5月5日,美国的“亚特兰蒂斯号”航天飞机将一个以16世纪葡萄牙航海家麦哲伦命名的探测器带上太空,并在5月6日把它送上飞向金星的旅途。“麦哲伦号”探测器重3365千克,装有一套先进的电视摄像雷达系统,金星探测器软着陆能透过厚实的云层测绘出金星上一个足球场大小的物体图像,其清晰度能胜过以前所获金星图像的10倍。

它经过460多天的太空飞行,于1990年8月10日进入金星轨道,并于8月16日首先用合成孔径雷达对金星表面进行试验性测绘,发回第一张金星照片,该照片显示出金星表面一个面积为40千米×80千米大的熔岩平原。1990年9月15日,“麦哲伦号”探测器首次获得第一张完整的金星地图,从中发现金星上有巨大的熔岩流、数以千计的裂缝和火山口,还有高耸的山岭、巨大的峡谷、陨石坑、沙丘和活火山等。整个拍摄和测量过程历时4年,取得了丰硕的科学成果。

1994年10月12日,“麦哲伦号”探测器进入金星稠密大气层,以试验一种新颖的空气制动技术,并获取金星稠密大气的数据。探测器在进入金星大气后烧毁。这是第一次利用一个行星际探测器进行这种破坏性试验。“麦哲伦号”探测器的飞行将进一步揭开金星的面纱。

知识点

标准大气压

标准大气压,是压强的单位,是指在标准大气条件下海平面的气压,其值为101325kPa。标准大气压值的规定,是随着科学技术的发展,经过几次变化的。最初规定在摄氏温度0℃、纬度45°、晴天时海平面上的大气压强为标准大气压,其值大约相当于760mm汞柱高。后来发现,在这个条件下的大气压强值并不稳定,它受风力、温度等条件的影响而变化。于是就规定760mm汞柱高为标准大气压值。但是后来又发现760mm汞柱高的压强值也是不稳定的,汞的密度大小受温度的影响而发生变化。

为了确保标准大气压是一个定值,1954年第十届国际计量大会决议声明,规定标准大气压值为101.325kPa。

寻觅火星生命的空间探测器

火星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排列第四。在太阳系八大行星之中,火星也是除了金星以外,距离地球最近的行星。1878年意大利天文学家通过望远镜观测火星,发现火星上有运河痕迹,推测火星上可能有生命存在,甚至会有高等的智慧生物。因此,人们把解开火星生命之谜作为宇宙探测的一个重要任务。

到目前为止,火星是除了地球以外人类了解最多的行星。火星探测器对火星进行了详细的考察,并向地球发回了大量数据。大约每隔26个月就会发生一次火星冲日,地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值,通常只有不足1亿千米,而在火星发生大冲时,这个距离甚至不足6000万千米。火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星,所以人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。

“火星号”探测器

苏联“火星号”探测器发回的火星照片苏联在火星探测计划中可谓路途坎坷:

1962年11月1日发射的“火星1号”在距地球1亿多千米的地方通信中断,考察失败;1971年5月19日发射了“火星2号”探测器,11月27日进入环绕火星的轨道,着陆舱与探测器分离后,在火星上着陆,但却失去了联系。这是第一个到达火星表面的人造物体;同年5月28日发射的“火星3号”探测器,虽然到达了火星,但未完成预定的探测计划;“火星4号”未能进入火星轨道;“火星5号”虽然入轨,但工作时间很短;“火星6号”着陆装置到达火星表面,仅工作一秒钟就中断了通信;“火星7号”在火星着陆失败,飘入苍茫天宇,不知去向。“火星号”探测器连连受挫,苏联不得不暂时停止这项计划。

“福波斯”探测器

1988年7月7日和12日,苏联发射成功“福波斯1号”和“福波斯2号”两个火星探测器,开始新一轮探测火星及其卫星火卫一的活动。这种探测器重4吨,装有各种科学仪器,有无线电太阳能电池板、火星软着陆的探测器姿态推力装置、电视摄像机等。它们能在太空飞行200天后到达接近火星的轨道,在距火卫一几十千米时,释放出一个永久性自动站,对火卫一进行460多天的科学考察,以便为将来载人登上火星探明道路。

1988年底,“福波斯1号”在宇宙空间失去联系,不知去向。“福波斯2号”于1989年1月29日飞临火星,进入绕火星飞行的轨道,开始对火卫一进行考察活动。但到3月27日,“福波斯2号”又出现故障而停止工作。这项探测火星的任务失败。

“水手号”探测器

1964年发射的“水手4号”探测器

美国对火星考察,开始于1964年11月5日发射的“水手3号”。这个探测器为一直径1.27米的八角形箱体,高2.7米,重261千克,上面装有天线和十块太阳能电池板,展开后宽68米。但因火箭发生故障而未进入火星轨道,发射9小时后通信中断。

美国抢先于1964年11月28日成功发射了“水手4号”。它飞过了火星,最近距离只有1000千米,发现火星上布满环形山,没有运河,也没有水,还第一次拍摄了火星表面的照片。

1969年2月和3月,美国又相继发射成功了“水手6号”和“水手7号”火星探测器。

“海盗号”探测器

1975年8月20日和9月9日,美国发射了两个“海盗号”探测器,用于探索火星上有无生物。这两个探测器由轨道飞行器和登陆舱组成,长为5.08米,重3530千克,其中轨道飞行器重2330千克,登陆舱重1200千克,用三脚支撑,装有生物化学实验箱、测量挖掘设备、两台电视摄像机、机械手和电源。

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