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  • 黎明號小行星探測器

    黎明號小行星探測器(Dawn (spacecraft)),由美國研制,第一個探測小行星帶的人類探測器,也是第一個先后環繞谷神星與灶神星(Vesta and Ceres)這兩個體積最大的小行星的人類探測器。2007年9月27日早7時34分從佛羅里達州肯尼迪航天中心發射升空,計劃耗資3.57億美元。

    編輯摘要

    目錄

    項目歷史/黎明號小行星探測器 編輯

    技術背景

    第一個工作離子推進器是由Harold R. Kaufman在1959年在美國宇航局在俄亥俄州的Glenn研究中心建造的。推進器類似于帶有汞作為其推進劑的網格靜電離子推進器的一般設計。發動機的亞軌道試驗在20世紀60年代期間進行,在1964年,發動機在空間火箭試驗1(SERT 1)上的亞軌道飛行上進行試驗。它成功操作了計劃的31分鐘,然后回落到地球。這項試驗后進行軌道試驗,SERT-2,1970年。

    深空1(DS1),美國宇航局于1998年推出,表現出對科學的使命長時間使用氙推進離子推進器并驗證了一些技術,包括NSTAR 靜電離子推進器,以及作為執行小行星和彗星的飛行。除了離子推進器,通過將DS1驗證了其它技術中是小深空應答,這是在使用黎明遠距離的通信。

    發現任務選擇

    向發現計劃招標項目提交了26項建議,預算最初定為3億美元。2001年1月,三個半決賽入圍者被選中進行階段A設計研究:Dawn,Kepler和INSIDE Jupiter。2001年12月,NASA選擇了開普勒和黎明的探索計劃任務。這兩個任務最初都是在2006年發射的。

    取消和恢復

    黎明任務的狀態改變了幾次。該項目于2003年12月取消,然后于2004年2月恢復。2005年10月,黎明的工作被置于“停滯”模式,2006年1月,該任務在新聞界討論為“無限期推遲“,即使美國航天局沒有對其地位發表新的聲明。2006年3月2日,美國宇航局再次取消了黎明。

    航天器的制造商軌道科學公司呼吁NASA的決定,提供以成本建造航天器,取得任何利潤,以獲得在新的市場領域的經驗。NASA然后把取消審查,和2006年3月27日,宣布特派團畢竟不會取消。在上周2006年9月,曙光任務的儀器載荷集成達到完整的功能。雖然最初預計成本為3.73億美元,但成本超支使得該任務的最終成本在2007年達到4.46億美元??死锼雇懈ァち_素被選為帶領黎明任務團隊

    發射/黎明號小行星探測器 編輯

    美國東部時間2007年9月27日早7時34分00秒072毫秒(北京時間20時34分00秒072毫秒),美國航空航天局(NASA)的 “黎明”號探測器從佛羅里達州肯尼迪航天中心由一枚德爾塔2型火箭運載順利升空,開始了它長達8年近50億公里的星際探索之旅?!袄杳鳌碧枌⑦h赴火星和木星之間的小行星帶,探測兩顆人類以前從未嘗試接觸的天體。

    “黎明”號計劃是第一個探測這個重要區域的人類探測器,也是世界上第一個先后環繞兩個天體的無人探測器。此前也曾有航天器飛經體積較小的小行星,并繞其軌道飛行甚至在小行星上降落。在將來,預計還會有更多探測小行星的航天計劃。但是,過去從未出現過同一航天器先后環繞兩個天體飛行的情況。

    來自美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的科學家克里斯多弗·拉塞爾是“黎明”號計劃的領導者。

    科學家認為,探測灶神星和谷神星將有助于了解太陽系的起源,因此將這個項目取名為“黎明”。整個“黎明”號計劃耗資3.57億美元,其中并不包括德爾塔2型火箭的造價。NASA官員拒絕透露火箭的成本。

    發展過程/黎明號小行星探測器 編輯

    “黎明”號的發射可謂幾經周折,在15年間該計劃曾經有過兩次因資金不足而被取消的經歷,此次升空也比原計劃整整推遲了兩年。

    “黎明”號于2001年正式立項,去年3月由于“經費超支以及技術問題”,美國宇航局下令取消了這項探測計劃,“騰出資金進行重返月球乃至登上火星等載人探測項目”。但一些專家不忍“黎明”號就此夭折,經多方游說后宇航局在不到一個月時間內又同意恢復。

    “黎明”號配置有攝像機、紅外分光計、伽馬射線和中子探測儀,此外還裝有2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,為它提供穿越太空的能量。

    任務介紹/黎明號小行星探測器 編輯

    據美國媒體報道,NASA從2007年7月以來就一直為“黎明”號(Dawn)升空做準備。美國加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進實驗室(JPL)項目管理人凱耶爾·巴特爾開玩笑說:“27日對佛羅里達東部巴哈馬群島的居民而言是個特殊日子,因為他們在這一天看到‘黎明’從西邊出現?!?/p>

    為激發公眾對探索的參與熱情,NASA還推出了“送你的名字去小行星帶”的宣傳活動。據悉,共有36萬人通過網絡參與了這次活動,他們的名字被記錄在一個5美分硬幣大小的微芯片里,27日隨著“黎明”號一同飛往太空。NASA還會寄給參與者一份證書,證明名字跟探測器一起到小行星帶旅行過。

    “黎明”號將于2011年首先探測小行星灶神星,進行6個月的觀測后離開,再于2015年趕到谷神星繼續觀測,整個太空旅行的距離長達48億公里。灶神星和谷神星是火星和木星之間小行星帶里個頭最大的成員,科學家希望通過觀測研究這兩個天體,能夠揭開太陽系誕生的線索。

    此前,航空界還從未嘗試過用一個太空探測器考察兩個天體并圍繞它們運轉?!袄杳饔媱潯敝猿晒赡芏家兄x離子發動機的出現。與傳統的航天器化學燃料發動機不同,新型發動機將太陽能轉化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產生時速達14.32萬公里的離子流作為推動力。

    “黎明”號上安裝了3個離子推進器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量。在最初4天,它的時速將逐漸提高到96公里,12天后達到300公里,1年后將升至驚人的8850公里,而屆時消耗的燃料只有15加侖,燃料利用效率是傳統化學燃料發動機的10倍。 探索太陽系形成過程。

    不少科學家認為,小行星是處于萌芽期但未得到機會成長起來的“行星嬰兒”。谷神星、灶神星、智神星和婚神星被稱為小行星帶的“四大金剛”。

    之所以選擇灶神星和谷神星進行探測,不僅僅是因為它們個頭較大,而且還因為它們與小行星帶里的其他天體存在顯著差別。灶神星和谷神星都形成于大約45億年前,據估計,它們都形成于太陽系早期,并且由于木星的強大引力作用而演化遲緩。研究人員希望比對觀測這兩個天體的演化過程。

    據“黎明”號探測器項目首席科學家魯塞爾介紹,灶神星是與地球類似的巖狀天體,太陽系中距太陽較近的天體大多為巖狀天體。而谷神星則是典型的冰態天體,這類天體主要位于距太陽較遠的軌道上。魯塞爾說:“這兩個極不相同的天體竟然可以位于同一個小行星帶中,這是‘黎明’號需要揭示的奧秘之一?!?/p>

    另外,利用“黎明”號上的同一套科學儀器探測兩個不同目標,能便于科學家將兩套探測數據進行準確的對比分析,并根據它環繞灶神星和谷神星的運行軌道數據,對比測算這兩個天體的引力場等參數。

    美國“黎明”號小行星探測器11日被運上發射臺,如果一切順利,它將最早于26日發射升空,飛赴火星和木星之間著名的小行星帶,探測那里的兩個大型天體——灶神星和谷神星。

    多冰的“谷神星”是小行星帶第一個被發現的天體,也是體積最大的??茖W家推測,“谷神星”25%的成分可能是水,與“灶神星”差別很大。望遠鏡觀測顯示,“谷神星”表面布滿粘土、碳酸鹽和其它形成水所需的礦物質,因此這里也可能為生命形成提供了條件。

    “黎明”號此次配有三種科學儀器——攝像機、紅外線光譜儀、伽馬射線與中子探測器,它將從不同高度對兩個天體進行探測,研究太陽系早期環境及形成過。

    推動動力/黎明號小行星探測器 編輯

    “黎明”號使用離子發動機,離子發動機使用光電轉換裝置將太陽能變為電能,再通過結構設計使電能 產生電磁場;工作介質在高溫下被電離,電子從原子或分子中跑出,丟掉電子的原子或分子帶正電,逸出的電子帶負電,它們在總體上是呈中性的,這就形成了等離子體;呈中性的等離子體具有導電性,與磁場能相互作用,由電磁感應可以獲得產生加速度的力。概括起來說,就是利用太陽能引發的電磁場對載流等離子體產生羅倫茲力的原理,使處于中性的等離子狀態的工作介質加速以產生推力。 這種太陽能電火箭比通常使用的化學火箭效率要高10倍,所需推進劑即工作介質較少,可使航天器有更多的空間裝載有效載荷。

    但是目前的離子發動機的最大缺點是推重比太小,其推力只相當于一張紙對于你的手的壓力,顯然這樣的發動機無法讓飛船和探測器脫離地球的重力場,也無法攜帶大的負載。但這個缺點卻被這種發動機在太空中的表現彌補了,由于它優越的比沖量,它最終能把傳統的化學火箭遠遠拋在身后。換句話說,就是盡管傳統的火箭發動機有更高的推重比,但是卻以很低的比沖量把燃料在很短的時間內消耗光;而現在的離子發動機能持續運轉幾月甚至數年,這樣,盡管推力小,但能通過長時間的積累達到更高的總沖量(impulse,等于力的平均值與它的作用時間相乘的結果),并最終達到更高的速度。

    探測行動/黎明號小行星探測器 編輯

    2011年5月3日,黎明號在距離灶神星1.21百萬公里時拍攝了第一張照片,當中灶神星只有約5像素寬。黎明號進入接近灶神星的探測階段,并于6月12日開始減速,準備在34天后進入環灶神星軌道。

    2011年6月1日,黎明號距離灶神星48.3萬公里時,為了導航需要拍攝了20張連續照片,分辨率已接近哈伯空間天文臺拍攝的灶神星照片。黎明號在抵達灶神星之前會減速,預計每周發布更多照片。黎明號預計2011年7月16日進入環灶神星軌道。

    黎明號小行星探測器 黎明號小行星探測器

    美國宇航局證實黎明號在2011年7月16日進入環灶神星軌道,成為首個環繞小行星帶小行星的探測器。黎明號確切入軌時間尚不清楚,這是由于當時天文學家只能估計灶神星質量與重力場,無法準確得知其數據。而現在黎明號已進入軌道,便能反過來計算灶神星的質量與重力場。黎明號在7月17日06:30 UTC重新檢測搭載的設備儀器。

    黎明號在9月27日進入距離灶神星680公里的公轉軌道,環繞一周的時間為12.3小時。黎明號后來在12月8日進入另一個公轉軌道,距離灶神星只有210公里,環繞一周的時間為4.3小時。美國宇航局在2012年5月首度公開黎明號獲得的灶神星初步數據,估計灶神星的金屬核心直徑為220公里。美國宇航局科學家進一步將灶神星視為獨一無二的一種小行星,認為它是與巖石行星同時形成的大型小行星殘存。

    2012年9月7日,“黎明”號已在美國東部時間5日凌晨2時26分離開灶神星軌道,向谷神星飛去。若一切順利,“黎明”號有望成為第一個環繞兩顆不同天體運行的無人探測器。  

    美國國家航空航天局(NASA)“黎明”號太空船傳回了一張到目前為止最清晰的矮行星谷神星的圖像。2015年1月27日,該圖像是從遠在23.7萬公里外的太空中傳回地球的?!袄杳鳌碧柤磳⒊蔀榈谝粋€探訪谷神星的人造探測器,它將開啟人類探索太空的新紀元   。

    黎明號小行星探測器 黎明號小行星探測器

    新華網洛杉磯3月6日電(記者郭爽)美國航天局6日宣布,2007年發射的“黎明”號小行星探測器在2012年離開灶神星后,于當天清晨抵達谷神星軌道,成為第一個造訪太陽系兩顆天體的無人探測器。  

    發射意義/黎明號小行星探測器 編輯

    科學家稱,通過“黎明”號的幫助,人類可以更多地理解與認識太陽系的起源和行星的形成?!拔覀兒芨吲d能了解并與全世界分享‘黎明’號的發現?!盢ASA噴氣推進實驗室“黎明”號項目主管羅伯特·馬斯說。

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