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伽利略号木星探测器
  
简介
  
      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。

技术参数

     “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,可探测出氮、磷化氢、水、甲烷、锗等组分;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。

历史
     “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。

      “快点走啊,‘伽利略’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,“伽利略”号与地球的通信联系中断,几分钟后坠入木星大气层。

      “伽利略”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。

       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“伽利略”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。

      “伽利略”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。“伽利略”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“伽利略”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。

        伽利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年半的时间将伽利略号送抵木星。在80年代初,伽利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。伽利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,伽利略号被多次改造,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。

       伽利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。伽利略号的主天线--高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为伽利略号和地球联络的主要工具,它的出错造成了严重的后果。本来伽利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。

       在伽利略号略过小行星带时,伽利略号对小行星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,伽利略号观测了舒梅克·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。伽利略号的磁带记录器发生了故障。磁带记录器的主要任务是,记录伽利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,伽利略号放弃了原本探测木卫一的计划。

       伽利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。

       伽利略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前,人们一共发现了16颗木星的卫星。伽利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,伽利略号的摄影装置于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“伽利略”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。”

       在伽利略号的任务结束后,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。
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