第一次一趟造访两星

2007年9月27日升空的“黎明号”,是第一艘一趟造访两颗星——灶神星和谷神星的航天器。2011年5月3日,“黎明号”在距离灶神星120万千米处对准灶神星拍摄了第一幅图像。在环绕灶神星13个月后,“黎明号”采用离子发动机转向,朝着谷神星飞去。2015年3月6日,“黎明号”在距离谷神星6.1万千米处被谷神星的引力捕捉。

不过,“黎明号”在就快要到达谷神星时遭遇宇宙射线袭击,不得不放弃直接靠近谷神星的路线,改为采用更长的迂回路径,因此“黎明号”到达环绕谷神星的稳定轨道的时间被推迟。好在这没有影响“黎明号”的后续探测。

科学家为“黎明号”设计了距离谷神星越来越近的一系列圆形极地轨道。2015年4月23日.“黎明号”进入距离谷神星表面1.35万千米的第一条观测轨道,待了接近一个轨道周期(15天)。随后,“黎明号”进入距离谷神星表面4400千米的第二条观测轨道,待了21天。接着,“黎明号”进入距离谷神星表面1470千米的高位绘图轨道,待了两个月。此后,“黎明号”进入距离谷神星表面仅375千米的低位绘图轨道,这也是“黎明号”的最终轨道。

经过色彩强化的谷神星第一幅彩照(“黎明号”2015年拍摄)。

“黎明号”搭载的仪器包括一部分幅照相机、一台可见光和红外光光谱仪及一部伽马射线和中子探测器。这些仪器检测了谷神星的形状和元素构成。2015年1月13日,“黎明号”以接近哈勃空间望远镜的像素水平,对谷神星拍摄了首批图像,它们显示谷神星表面密布陨石坑,还有一个靠近科学家此前所观测位置、反射率高的小区域。2015年1~4月,“黎明号”对谷神星拍摄了解析度越来越高、超过以往解析度的图像。2015年10月,美国宇航局发布了由“黎明号”拍摄的谷神星真彩图。2017年2月,“黎明号”在谷神星一个陨石坑中探查到了有机物。

“黎明号”重要时间表

2007年9月发射

2009年2月借助火星引力

2011年7月到达灶神星

2012年9月离开灶神星

2015年3月到达谷神星

2016年7月第一次任务延伸期开始

2017年11月第二次任务延伸期开始

总行程69亿千米

离子推进 以小博大

“黎明号”是唯一一艘曾经环绕过两个天体(分别是谷神星和巨型小行星灶神星)的航天器,这有赖于“黎明号”卓有成效的离子推进系统。

“黎明号”的3个离子推进单元(也叫离子推进器或离子发动机,直径均为30厘米)可在两根轴上移动,从而让“黎明号”的质量中心在“黎明号”的任务期内移动,也让“黎明号”的姿势控制系统采用离子发动机来帮助控制“黎明号”的姿势。其中,两部离子发动机为“黎明号”完成全部任务提供足够的动力,另一部发动机为备用。实际上,“黎明号”升空后这些发动机都被使用过,但每次只用—部。“黎明号”不使用离子发动机的时间每周只有几小时,这几小时内“黎明号”把自己的天线指向地球。“黎明号”为达到第一条科学轨道所需的总推进时间为979天,dxWDkUiK+C79Ud9wFFK+UK/a1tE9w7uMtvMZ6Obqa6Q=整个任务期的推进时间超过2000天,大大超过美国宇航局“深空1号”航天器678天的总推进时间。

离子发动机采用电荷把来自氙燃料的离子可加速到的速度,是采用化学燃料发动机可加速到的速度的7~10倍。电量和氙燃料的输入可被调整。从而让发动机加速或减速。离子发动机不费燃料,在最大推进时每秒消耗氙仅为大约3.25毫克。“黎明号”在被发射时所携带的氙燃料为425千克。之所以选择氙,是因为它是惰性元素,易于密集存储,原子相对重,因此与其他候选推进剂相比能提供相对大的推力。在发射时,储存在燃料箱中的气态氙的密度比水的密度大得多。在最大推力时,每一部离子发动机产生的总推力是91毫牛顿,与你手拿一本笔记本所需的力量相当。

美国宇航局第一部离子发动机(1964年)。

在高速路上不可能采用离子发动机,因为哪怕开到最大“油门”,“黎明号”的离子发动机也需要4天时间才能让“黎明号”的速度从0加速到每小时100千米。虽然离子发动机的推进力看似微不足道,但在整个任务期中由离子推进带来的速度总改变与把“黎明号”送进太空的德尔塔二型火箭(包括9个固体燃料助推器,再加火箭的第一、第二和第三级)带来的速度总改变相当,这是因为离子推进系统会运作数千天,而不像德尔塔二型火箭那样只运作几分钟。

电力系统为“黎明号”上所有设备(其中包括离子发动机)提供电力。“黎明号”有两张太阳能电池板,其中每一张长8.3米,宽2.3米。每一张太阳能电池板上都覆盖5740只光电池,这些电池能把自己接收到的太阳能中的大约28%转化为电力。在地球上,这两张太阳能电池板可发电的功率为10千瓦。两张太阳能电池板分别位于“黎明号”主体的两侧,用万向架固定和连接,这样它们就可被调整到任何角度以面朝太阳。一只镍氢电池和相关充电设备在“黎明号”发射期间为它供电,并且在“黎明号”的太阳能电池板不面朝太阳时为“黎明号”供电。

谷神星上的刻瑞斯隕石坑给了不少科幻作家创作灵感。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午9:01。
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