《航天器連連看》7 | 命運多舛的金星守護者——「拂曉」號探測器

編者按

在上一篇文章中，「探路者」號火星探測器帶我們飛入了火星，揭開了火星神秘的面紗，今天讓我們跟隨金星守護者「拂曉」號探測器的腳步，去一探金星的面貌。

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金星是太陽系內除太陽和月亮外，人類肉眼能夠觀察到的最亮天體。在歷史上，它還有一個藝術感十足的名字——「太白星」。由於金星在大小、密度、質量和外表各個方面都與地球很相似，它也獲得了地球「姊妹星」的美稱。事實上，金星與地球迥然不同，金星的自轉方向與地球相反，同時由於太陽的潮汐鎖定作用，它的自轉周期與繞太陽的公轉周期相同，這也使得金星沖日時，地球永遠只能看見它的一面。

金星

金星有非常濃密的大氣，只有藉助射電望遠鏡才能穿透這層濃霧來看清它的本來面目，因此人們對金星內部的了解非常少。濃厚的大氣也能抵擋太陽風的入侵，只不過在它的周圍會形成電離層來保證金星內部電磁環境的相對穩定。同時金星大氣中還有大量的二氧化碳，這也導致其表面溫度很高，存在生命的可能很小，通過對其地表環境的研究也能對受溫室效應影響下的地球保護起到一定的啟發作用。

人類最早對太陽系內的行星探測便是從金星開始的，從上個世紀60年代開始，前蘇聯和美國就對解開金星的神秘面紗傾注了巨大的熱情和資金。截止目前，飛往金星執行任務的探測器已經超過40個，其中就有前蘇聯首對環繞金星運行的「金星9號」和「金星10號」、首次測量金星大氣溫度並拍攝金星全景圖片的「水手2號」、美國最先進的金星探測器——「麥哲倫」號和歐洲第一顆金星探測器——「金星快車」。

這些探測器獲得了大量關於「太白星」的珍貴資料。如今喧囂過後，只剩下一輛環繞金星運行的探測器了，那就是我們今天的主角——日本的「拂曉」號金星探測器，它也是日本第一顆金星探測器。它又會有什麼樣的故事呢？讓我們一起走近它。

在東方，金星通常出現在破曉時，它也被稱為「啟明星」。項目小組希望日本的首顆金星探測器能夠揭開金星上的奧秘，因此將其命名為「拂曉」號。日本H2A火箭搭載的「拂曉」號於2010年5月在日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發射升空，與其一起升空的還有世界上首太陽風帆飛行器「伊卡洛斯」號。「拂曉」號計劃利用不同波長的觀測儀器在金星環繞軌道上對進行整體探測，以了解金星大氣的構成。

金星表面和大氣

然而就在「拂曉」號要點燃反向噴射推進器減速進入金星軌道時，意外發生了！它與地球的通信出現故障，導致地面監控中心無法測控衛星，在使用備份天線后，探測器上的主發動機卻出現了故障，無法進行完全推力輸出，導致變軌失敗。錯過了這次變軌機會，「拂曉」號只能繼續繞太陽公轉，等待下一次靠近金星進入其環繞軌道的機會。

然而這一等就是5年，在這期間「拂曉」號無法完成科學任務，它能做的只有等待。科學家們則一直堅持不懈的開展研究，試圖挽救這艘飛船，此時飛船的主推力發動機已經無法再次工作，燃料已無用武之地，地面控制中心下令飛船排空燃料以減輕飛船自重，使它在變軌的過程中各加便於操縱。

日本「拂曉」號探測器進入金星軌道

2015年12月，激動人心的時刻終於到了，此時飛船變軌的重任已經交給了小型姿態發動機中的4台。這些姿態發動機的推力相比主推力發動機要小得多，因此只能依靠發動機的連續工作來達到變軌的目的。「拂曉」號上的4台姿態發動機按照預定計劃持續點火了大約20分30秒，大大地減慢了探測器的速度，金星的引力成功將其捕獲，使探測器進入金星的一條長橢圓形高軌道上運行。隨後，經過多次發動機點火減速后，「拂曉」號最終進入到了一條繞金星運行一周僅需8天的近距離軌道，「拂曉」號的救援堪稱成功。

儘管「拂曉」號成功進入了金星軌道，但它意外的延遲和挫折仍對探測計劃造成了一些問題。由於其在繞日軌道上運行的時間比預計時間長，飛船的溫度也比預期要高，這導致部分搭載儀器受到損傷。同時由於延遲以及變軌過程中消耗的大量燃料也會縮短探測器的使用壽命，目前這些困難已經開始逐步顯現。

歐空局的「金星快車」探測器

由於歐洲空間局的「金星快車」已於2014年結束了長達8年的探測使命，「拂曉」號則成為科學家們近距離開展金星探測的唯一希望。科學家們寄希望「拂曉」號探測器的最新探測數據能擴展並補充金星快車獲得的數據，通過這兩個項目的數據的結合能夠獲得更重要的科學成果。我們也祝願絕處逢生的「拂曉」號在後續任務中好運相伴直到等來繼任者。

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