文/ 張晨

▲ 藝術(shù)家筆下的金星表面

“水手1號”/“水手2號”

上世紀(jì)50年代末期，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開始論證金星探測計(jì)劃。最初論證的計(jì)劃為686 千克的水手A 飛掠探測器和更大的水手B 探測器，后者將攜帶一個進(jìn)入艙飛向金星。然而這兩個金星探測器都需要當(dāng)時正在緊張研制中的半人馬座低溫上面級，而其進(jìn)度很可能趕不上1962年的發(fā)射窗口，最后不得不放棄開始的構(gòu)想，建造了水手R 探測器，也就是“水手1號”/“水手2號”。

1962年7月22日，宇宙 神-阿金納火箭托舉著水手1號探測器升空，然而在起飛后不到5 分鐘，火箭就偏離軌道，最后自毀。后來發(fā)現(xiàn)問題出在宇宙神火箭的導(dǎo)航系統(tǒng)。

1962年8月22日，第二枚宇宙神-阿金納火箭發(fā)射了水手2號探測器?；鸺茖?dǎo)系統(tǒng)的故障被排除，但是一臺游動發(fā)動機(jī)出現(xiàn)了故障。在兩個助推發(fā)動機(jī)分離后，火箭開始加速滾轉(zhuǎn)，導(dǎo)致在一二級分離時火箭姿態(tài)出現(xiàn)錯誤。但阿金納上面級成功糾正了軌道，將“水手2號”探測器送入了前往金星的軌道。

▲ “水手2號”在廠房測試

▲ “水手2號”探測器

在巡航階段，“水手2號”可謂是命運(yùn)多舛。探測器先是姿態(tài)發(fā)散，隨后星上地球敏感器跟丟了地球。又過了兩個月，一側(cè)太陽能帆板失效了。推進(jìn)劑儲箱壓力異常增加，熱控系統(tǒng)故障，遙測通道失效。但是“水手2號”探測器最后頑強(qiáng)地抵達(dá)了金星，于1962年12月14日飛掠金星。

“水手2號”探測器攜帶的微波輻射計(jì)對金星進(jìn)行了18 次掃描，觀測到的溫度分別為217℃（夜晚），322℃（晨昏線）和238℃（白天）。推斷出金星表面溫度至少達(dá)到425℃。估算下金星表面大氣壓為2 兆帕，通過飛掠角計(jì)算出金星質(zhì)量為地球的81.485%。

因?yàn)闊峥貑栴}，“水手2號”探測器于1963年1月3日失聯(lián)。

水手5號

“水手5號”探測器是基于水手C（即“水手3號”/“水手4號”火星探測器）改進(jìn)的產(chǎn)物。它減小了電池板的面積，并且攜帶了鍍鋁聚四氟乙烯隔熱板。探測器發(fā)射質(zhì)量僅為244.8 千克。

“水手5號”探測器項(xiàng)目于1965年12月啟動，1967年6月14日由宇宙神-阿金納火箭發(fā)射升空，1967年10月19日飛掠了金星。

“水手5號”探測器對金星的質(zhì)量進(jìn)行了更精確的測定。探測器檢測到金星的電離層和弓形激波。無線電掩星測量結(jié)果更加驚人——測量的金星地面壓力為7.5 兆帕至10 兆帕，溫度為約530℃。

▲ 水手5號

“水手5號”在離開金星后檢測了太陽X 射線，隨后進(jìn)行了巡天掃描，1967年12月4日“水手5號”轉(zhuǎn)入休眠，1968年11月5日任務(wù)正式中止。

水手10號

“水手10號”探測器其實(shí)只是一次路過，借助金星的引力助推前往水星。然而探測器也對金星進(jìn)行了探測。

1973年11月3日2 時45 分，宇宙神-半人馬座火箭將“水手10號”探測器送入了近日點(diǎn)0.7 天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)1.11 天文單位的環(huán)日軌道。入軌后探測器在20 萬千米高度對地球進(jìn)行了成像。

入軌后，“水手10號”遭遇一系列技術(shù)問題。首先是等離子體探測器未探測到太陽風(fēng)，接下來相機(jī)的熱控系統(tǒng)出現(xiàn)故障。不過探測器在11月13日順利完成了第一次修正，1974年1月21日完成第二次修正。

1974年1月28日，“水手10號”的穩(wěn)定陀螺出現(xiàn)故障，使得計(jì)算機(jī)誤認(rèn)為探測器姿態(tài)發(fā)散并且點(diǎn)火調(diào)整，消耗了16%的姿態(tài)控制推進(jìn)劑。不久發(fā)現(xiàn)問題是由磁強(qiáng)計(jì)懸臂導(dǎo)致的振動引起。差不多同一時候，探測器的主配電系統(tǒng)發(fā)生了一次詭異的故障，使得能源余量大幅降低。

▲ “水手10號”

▲ 水手10號探測器相機(jī)校準(zhǔn)拍攝的地球

1974年2月5日16 時50 分，“水手10號”開始對金星成像。在距離金星8000 千米的距離上，“水手10號”總計(jì)拍攝4165 張照片，并且兩次完整記錄了金星大氣旋轉(zhuǎn)過程。大氣圖像記錄了“哈德里環(huán)流”的經(jīng)度方向氣流?！八?0號”探測到了金星的磁等離子體和巨量的原子氧，進(jìn)一步證明金星大氣層上某個高度存在水蒸汽。

先驅(qū)者號金星軌道器/先驅(qū)者號金星多器探測器

▲ 先驅(qū)者號金星軌道器

▲ 先驅(qū)者號金星多器探測器

先驅(qū)者號金星計(jì)劃由先驅(qū)者號金星軌道器（先驅(qū)者-金星1號，先驅(qū)者12號）和先驅(qū)者號金星多器探測器（先驅(qū)者金星2號，先驅(qū)者13號）兩個探測器組成。兩個先驅(qū)者號金星探測器是基于低成本設(shè)計(jì)的新型金星探測器，是為對金星的大氣進(jìn)行垂直探測而研制。

1978年5月20日，宇 宙神-半人馬座火箭發(fā)射了先驅(qū)者號金星軌道器。同年8月8日，先驅(qū)者號金星多器探測器也發(fā)射升空。

先驅(qū)者號金星軌道器是首次使用合成孔徑雷達(dá)對金星進(jìn)行測繪的任務(wù)，而先驅(qū)者號金星多器探測器是對金星大氣開展不同環(huán)境下垂直探測的任務(wù)。兩個探測器為了降低成本，盡可能使用了相同的部件，零件通用率達(dá)到了78%。發(fā)射用的火箭選擇了宇宙神-半人馬座火箭。

先驅(qū)者號金星軌道器使用一臺17.8 千牛推力的固體火箭發(fā)動機(jī)用于進(jìn)入金星環(huán)繞軌道。同時探測器攜帶了7 臺6.5 牛的推力器，加注32千克的肼用于姿控和軌道修正。先驅(qū)者號金星軌道器的發(fā)射質(zhì)量為553千克。

先驅(qū)者號金星多器探測器則重881千克，攜帶了一大三小4 個進(jìn)入器，根據(jù)它們進(jìn)入的不同位置，3 個小進(jìn)入器被分別稱為金星北部探測器、金星陽照區(qū)探測器和金星陰影區(qū)探測器。主進(jìn)入器重達(dá)316.5 千克，攜帶了一個3.6米直徑的降落傘，而93 千克的小型進(jìn)入器則沒有配備降落傘。

1978年12月4日15 時58 分，先驅(qū)者號金星軌道器開始制動點(diǎn)火，航天器進(jìn)入了一條周期23小時11 分鐘的軌道，于1990年10月8日燒毀。

1978年11月20日，先驅(qū)者號金星多器探測器主進(jìn)入器被釋放，24日小型進(jìn)入器也被釋放。12月9日18時45 分，主進(jìn)入器以11.6 千米每秒的高速進(jìn)入金星大氣層，此間承受了超過280g的過載。進(jìn)入后18 分鐘降落傘成功部署，54 分21 秒后進(jìn)入器觸地，數(shù)據(jù)發(fā)送隨即停止。其余三個小進(jìn)入器也先后進(jìn)入金星大氣，隨后解體并被燒毀。

麥哲倫號金星軌道器

在金星環(huán)繞成像雷達(dá)任務(wù)取消后，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的工程師決定簡化探測器的設(shè)計(jì)。新的探測器叫做金星雷達(dá)測繪探測器（VRM）。只攜帶了一臺合成孔徑雷達(dá)和一臺高度計(jì)，可以提供30～50 米的高度分辨率。該探測器大量借用了以往的項(xiàng)目成果，1985年被命名為“麥哲倫號”。

1989年5月5日，“麥哲倫號”金星軌道器在美國肯尼迪航天中心由阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)攜帶升空。當(dāng)航天飛機(jī)飛越太平洋上空時，“麥哲倫號”從航天飛機(jī)貨艙內(nèi)施放出來，隨后慣性上面級和探測器的組合體分離，“麥哲倫號”展開太陽能帆板，再通過慣性上面級的一次點(diǎn)火奔赴金星。

▲ “麥哲倫號”拍攝的金星

▲ “麥哲倫號”拍攝到的金星撞擊坑

1989年5月21日，1990年3月13日和1990年7月25日，“麥哲倫號”進(jìn)行了3 次軌道修正,進(jìn)入金星軌道。

▲ “麥哲倫號”拍攝的金星全球高程圖

8月29日，“麥哲倫號”開始首軌成像。但是就在工程師們慶祝圖像前所未有的清晰度的時候，“麥哲倫號”失蹤了。14.5小時后，一個微弱的信號被深空網(wǎng)捕獲，并且這個信號以2小時的周期緩慢重復(fù)，這表明探測器正在自旋。10個小時后，麥哲倫號接到指令，恢復(fù)探測器指向。當(dāng)時工程師判斷是一個自檢程序出了故障，使得航天器進(jìn)入安全模式，關(guān)閉了所有儀器并且只使用中增益天線和低增益天線通信。幾天后這個問題又出現(xiàn)了，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室無法和探測器取得聯(lián)系，于是決定讓深空網(wǎng)盲發(fā)指令，8 個小時后探測器終于恢復(fù)了控制，9月14日恢復(fù)成像。

在所有成像期間，“麥哲倫號”成像范圍覆蓋了超過98%的金星表面，每一圈軌道產(chǎn)生了超過100 兆比特的數(shù)據(jù)，是人類有史以來獲得的最清晰的金星表面圖像。探測器進(jìn)行了金星表面的重力場和高度測量。合成孔徑雷達(dá)獲得的清晰圖像證實(shí)金星是一個以火山活動為主的世界。

1994年10月12日10 時02 分，在第15032 圈金星環(huán)繞軌道上，“麥哲倫號”與地面失去了聯(lián)系，2 天內(nèi)探測器就進(jìn)入了金星大氣層，最后不知道墜落于何處。

相關(guān)鏈接

歐洲和日本的金星探測器

歐空局金星快車號探測器

金星快車號探測器是歐空局基于2003年發(fā)射的火星快車號探測器研制的金星探測器，是歐洲首個金星探測器，上面搭載了7 種科學(xué)儀器，可以對金星大氣、離子環(huán)境及其與太陽風(fēng)的相互作用等進(jìn)行測量。

金星快車號探測器于2005年11月9日從拜科努爾航天發(fā)射場由聯(lián)盟-弗雷蓋特上面級發(fā)射升空，2006年4月11日進(jìn)入金星軌道，隨后進(jìn)入近點(diǎn)250 千米、遠(yuǎn)點(diǎn)66000 千米的環(huán)金星軌道。歐洲和美國科學(xué)家從歐空局“金星快車”探測器傳回的金星地質(zhì)圖像中發(fā)現(xiàn)了一些年代較新的熔巖流痕跡，這為金星上仍有火山活動的觀點(diǎn)提供了新證據(jù)。

金星快車探測器于2014年11月28日與地面失去聯(lián)系。

▲ “破曉號”在金星低軌道工作的模擬圖

日本“破曉號”/“伊卡洛斯號”

金星氣候軌道器（VCO），即PLANET-C（行星-C）探測器，也叫做Akatsuki號，中文譯名“破曉號”。該探測器是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的第三個行星探測器。破曉號探測器利用多波長成像技術(shù)，從軌道上研究金星大氣的動力學(xué)，特別是高層大氣的超自轉(zhuǎn)和低層大氣的三維運(yùn)動，從而探究金星大氣旋轉(zhuǎn)的動力原因。它還測量金星大氣溫度，尋找金星火山活動和大氣閃電的證據(jù)。探測器發(fā)射質(zhì)量為480 千克。

▲ “金星快車”在軌示意圖

2010年5月20日21 時58 分，“破曉號”由H-2A-202火箭發(fā)射升空，一同發(fā)射的還有伊卡洛斯號太陽帆試驗(yàn)飛行器和UNITEC-1 空間技術(shù)試驗(yàn)立方星。其中UNITEC-1 試驗(yàn)立方星分離后不久就失去了信號。

2010年12月7日，“破曉號”開始制動點(diǎn)火，由于發(fā)動機(jī)提前關(guān)機(jī)，“破曉號”沒有成功進(jìn)入金星軌道。之后探測器進(jìn)入了環(huán)繞太陽的軌道運(yùn)行，2015年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的工程師們控制探測器使用4 臺沉底發(fā)動機(jī)燃燒20分33 秒，進(jìn)入了周期為44小時的高金星橢圓軌道。“破曉號”現(xiàn)在也是唯一一個在軌的金星人造衛(wèi)星。★