超期服役十年造價相當一艘遼寧號，航天專家：幸好沒撞上地球

出品：科普

製作：川陀太空

監製：科學院計算機網路信息中心

卡西尼號即將受控墜入土星大氣，據美國宇航局最新消息，在美國東部時間9月15日上午4時55分，地球與卡西尼探測器的聯繫將中斷，這就是意味著這艘價值近33億美元的探測器徹底告別我們，墜入土星上層大氣。

圖1.卡西尼探測器自拍照，注意圖中土星的六邊形氣旋

撞擊土星上層大氣位置大約在土星北緯10度附近，高度距離土星上層大氣雲頂1915公里，速度為每小時11萬公里，大約為每秒30公里。據美國宇航局的推演，卡西尼號第一次接觸土星上層大氣時，調姿推進器還會在短時間內工作，並將探測器的蝶形天線對準地球方向，目的是獲得土星大氣的寶貴數據。

畢竟這是一次死亡之旅，多少年來才有一次，就像LCROSS探測器撞擊月球那樣，NASA在揚塵中發現了水。而這一次，卡西尼號也會帶給我們意想不到的驚喜。就像那句話，死亡並不可怕，那些對社會有貢獻的遺產才是人們敬仰你的原因。

當卡西尼號與地球聯繫中斷後，其生存時間只有30秒左右，高度從土星雲頂上方1915公里下降至1500公里。隨著大氣逐漸稠密，卡西尼號開始解體，畢竟這不是一個符合空氣動力學的玩意，在宇宙真空環境中運行也根本不需要流體外形設計。只要幾分鐘，卡西尼號將變成一顆流星，在土星大氣中完全燒毀。

圖2.卡西尼號的死亡軌道

名副其實的「旗艦」

土星作為太陽系中外側軌道的氣態行星，遠日點10個天文單位，相當於15億公里。地球和太陽之間的距離為1個天文單位，由此看出，土星距離我們也挺遠的，無線電信號傳輸需要80多分鐘。也就是說，卡西尼探測器在墜入土星大氣之時，在80多分鐘之後我們才知道。

確切地說，是美國宇航局在澳大利亞堪培拉安裝的深空網路天線。這也是宇宙神奇的地方，所有的故事都發生在過去，由於光速恆定，加之宇宙空間的浩渺，電磁波的傳播也需要時間。我們所看到的所有光其實都來自過去，只不過我們感覺不到罷了。宇宙如此之龐大，而我們也只能從探索自己的恆星系統開始，美國宇航局為此制定了一系列覆蓋整個太陽系的探索計劃，並設置了旗艦級的項目。

圖3.美國宇航局在澳大利亞堪培拉安裝的深空網路天線

旗艦級項目是相對而言，相對於那些中低端項目，旗艦級項目定位是最高的。

首先，探測器的造價最高，普遍在20億至30億美元，這個造價相當一艘遼寧號這樣的中重型航母，比一般的探測器幾億美元造價要高得多。

其次，探測器的功能全面，可解決一個方向上的重大問題。比如卡西尼號就是，搭載了18台各種科學儀器，並且攜帶了惠更斯號著陸器，對土衛六泰坦進行登陸考察。

第三，運行時間長，卡西尼從1997年發射，2004年進入土星軌道，2008年全部完全任務，然後開始超期服役。直到今天，已經超期服役近10年，期間兩次延長任務期。超期服役讓NASA也比較尷尬，因為地面控制中心要經費才能維持，深空通信網路運營也要錢，機遇號就是因為超期服役太久，差點讓NASA安排安樂死。

從1970年代以來，美國宇航局再有錢，也無法維持多個旗艦任務，比如1977年發射的旅行者系列就是旗艦任務，至今還沒掛，還在燒錢，從兩個方向上飛出太陽系，距地110億公里以上。還在運行的最新旗艦任務就是好奇號火星科學實驗室，造價25億美元，核動力驅動 ，旨在尋找火星生命，現在還在火星赤道以南的蓋爾撞擊坑附近考察。

圖4.還在運行的最新旗艦任務就是好奇號火星科學實驗室，造價25億美元，核動力驅動 ，旨在尋找火星生命

飛出太陽系有訣竅

土星作為中外側軌道的行星，要想對其進行探索，只有太陽能電池板肯定是不行的。這裡的光照效率較低，一般都需要核動力驅動。但核動力也不是萬能的，放射性同位素熱電機最大輸出也才300多瓦，靠這點動力想飛到土星是不可能的。

因此，在深空飛行的軌道設計中，利用行星引力加速才是飛出太陽系的訣竅。旅行者系列成功開啟了行星引力彈弓加速的序幕，卡西尼探測器也使用了引力彈弓加速。首先，卡西尼號雖然目標土星，但是它要先往金星方向飛，利用兩次飛掠金星進行加速，然後再飛掠地球和木星，利用後者引力進一步加速，前往土星。

就在飛掠地球時出現了一個插曲，由於卡西尼號使用鈈-238作為核燃料，因此飛掠地球其實是有危險的，如果卡西尼號突然發生故障並且撞上地球，那麼33公斤的鈈-238核燃料就會散布到大氣層中。美國宇航局還為此進行了一次關於卡西尼號偏離軌道后鈈-238對地球的影響，評估認為至少5000人可能因此喪命，間接影響人群數量最高可達50萬人。

圖5.卡西尼號使用鈈-238作為核燃料

美航天專家稱，幸好沒有撞上地球，雖然發生這樣事件的概率不到百萬分之一，但從概率學的角度看，還是存在發生的可能性，既然有可能發生，就要做好最壞的打算。而且還有那個神奇的墨菲定律，越擔心的事，越有可能發生，只要它存在發生的可能性。

1978年，蘇聯核動力衛星宇宙954墜毀加拿大，美加用了10個月時間在長800公里、寬50公里的區域內找到3000多個放射性碎片，對地面造了一定的放射性污染。隨著深空核動力裝置的普及，探測器製造的費用也增加，但隨之帶來的高效模式讓後期探索變得更加從容，畢竟用了核動力之後根本不需要擔心電力不足的問題，也只有這樣才能飛出太陽系，至少目前看是如此。

目前旅行者系列兩艘探測器已經在太陽系邊緣，1號已經飛出太陽系，2號在未來數年內飛出，從兩個不同方向上離開太陽系。

圖6.核動力衛星

未來的旗艦項目

在2018年至2020年，美國宇航局計劃打造新一代火星車，旨在對火星的宜居性進行全面評估，並且建立技術示範。從機遇號、勇氣號開始，經過好奇號的進一步強化，美國宇航局對火星的了解逐漸加深，新一代火星車有望掘地三尺發現火星生命。

2022年，木衛二的飛掠任務也是一個旗艦級項目，在木星的一顆衛星上大動干戈確實有點大手筆，但考慮到木衛二的全球性冰下海洋，就不那麼吝嗇了。

圖7.2022年，木衛二的飛掠任務也是一個旗艦級項目

該探測器還會釋放一個著陸器，具備鑽探能力，這裡有望發現首個地外生命，其意義必然不亞於阿波羅登月。如果我們發現首個地外生命，對人類而言是個不小的撼動，正如異形契約中所言，我們到底來自哪裡？

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