“新视野”号副研究员揭秘“约会”冥王星内幕
|
9年飞行,48亿公里。7月14日,比三角钢琴没大多少的“新视野”号探测器顺利到达目的地——冥王星的附近,第一次真正揭开了冥王星的神秘面纱。
“新视野”号飞掠冥王星,打破了单次太空任务的多个历史性纪录:它造访的,是传统教科书中太阳系中最后一颗行星,也是人类所能靠近的最远一颗行星。接下来,“新视野”号将到访柯伊伯带,向人类揭开太阳系起源的秘密。
设计
被木星踢了一脚直奔冥王星
“我们从1989年就开始了这个项目,2001年向美国宇航局申请这个项目,2006年‘新视野’号发射,昨天,我们终于成功了!”7月15日,在和新京报记者网络视频电话采访中,科学家弗兰·巴吉纳尔不禁激动起来。
弗兰是科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室教授,全程参与“新视野”号任务的副研究员。她说:“我们有上千名科学家参与,一共付出了2百万个工作小时,值得了!”
“新视野”号是目前为止速度最快的太空飞行器吗?被问及此问题时,弗兰想了想,给出了肯定的回答:“是的,从地球发射飞往外太空的飞行器中,‘新视野’号是最快的。”
在太空中飞行时,采用核动力的“新视野”号每小时速度达到5.7万公里,每秒时速16公里,它用了9年多就达近48亿公里之外的冥王星。“新视野”号在9个小时内就越过月球轨道,到达木星只花了13个月,相比之下,当年阿波罗号花了3天才到达月球。
弗兰介绍说,“新视野”号所有的工程设计,都有最重要的一个目的:让它尽快到达冥王星。比如,“新视野”号大小如一台三角钢琴那么大,重量不到500千克,但却用了带有5个固态火箭助推器的Altas V型火箭发射,以给予其最大推力。
45分钟后,“新视野”号就脱离火箭,以时速5.7万公里离开地球,这个速度超过了其他太空飞行器脱离地球引力时的速度,打破了1972年先锋号离地时时速5.2万公里的速度,这个飞行速度比喷气式客机快几十倍。
“新视野”号轻装上阵,它飞行9年,穿越近50亿公里,却携带了77千克的助推剂。这些燃料只在必要的轨道调整和旋转操作时使用。事实上,在“新视野”号长达9年的旅程中,大部分时间不用助推剂。弗兰介绍,路过木星后,木星引力帮了忙,“踢了一脚”,令“新视野”号往冥王星方向继续前进。 引力助推,是令太空飞行器进行星际旅行的好办法。此前,“旅行者2”号就曾在上世纪七八十年代借用过木星、土星等行星的引力,“卡西尼”号也借助过金星的引力。如果不是因为木星,“新视野”号至少要多花3年时间才能到达冥王星附近。
飞行
错过这次良机要再等200年
“新视野”号为何非要用尽一切办法赶时间到达冥王星附近?“我们必须要尽快到达,否则冥王星就会像地球半年中的极地一样全是黑的,完全没有日光。”弗兰说。
冥王星距离太阳平均距离有39.4天文单位(1个天文单位约等于地球跟太阳的平均距离),太阳光要5.5个小时才能到达冥王星。冥王星绕太阳公转的周期要248年,这意味着一旦错过阳光普照下的冥王星,它很快就会长期被阴影包围变成一个冰冻星球,下一次再在如此好的机会下见到冥王星,将是200年之后。
在阳光下对冥王星进行拍摄至关重要。弗兰说,虽然有些仪器可以在黑暗的星球表面探测,如探测星球表面化学成分,但探测冥王星的主要目的之一还是借助阳光,用高清晰度照相机拍照。 从1989年之后冥王星就过了太阳直射,接收的热量一年比一年少,科学家预计,它的大气也会越来越冷,所以要在它尚有着厚实大气的时候造访。
“如果去晚了,会带来一系列问题。”《国际太空》杂志执行副主编、航天专家庞之浩说,届时冥王星可能会有大片阴影,或者仪器被稀薄的大气冻住难以探测,其卫星也可能长时间被阴影包围,这对地图绘制会带来极大困难。
“时间掌握非常重要,如果推迟发射,木星对地球和冥王星的位置发生变化,就没法借助木星引力加速了。下次再借助木星引力要等到2018年,那时冥王星远离太阳,就很难探测了。”庞之浩说,“现在‘新视野’号的速度是空前的,基本上达到第三宇宙速度了。”
同样没有选择的是探测方式。尽可能快地到达冥王星,就意味着放弃着陆或进入轨道的可能性,只能采用“飞掠”的方式,边经过边探测。弗兰说,冥王星的引力很小,如果要进入轨道,就需要相当多的燃料来减速,“你或者带大量燃料选择着陆,或者用很轻的飞行器,带少量科学仪器,尽快到达,拍下照片发回来。”
庞之浩也表示,“新视野”号的速度太快了,如果要“刹车”的话,就需要消耗比现在多1000倍的燃料来减速。根据美国宇航局对其2006年前发射,2015年到,以及费用不能超过近5亿美元的要求,“新视野”号不得不选择高速、低成本的方案。
意外
飞掠冥王星前夕打了一个“嗝”
长达十几年时间里,因为预算问题,探索冥王星的计划反复地提交、否决、提交、否决。
“如果探索冥王星任务是一只猫的话,它早死了,因为猫也只有9条命。”“新视野”号首席调查员艾伦·斯特恩在“新视野”号的相关纪录片中打趣地说。
“新视野”号飞行了9年,但最漫长的等待确是在确认“新视野”号成功飞掠冥王星的那几个小时内。“总体非常顺利,完全按照我们的计划走。”弗兰说,但靠近冥王星时,差一点就出了大问题。
靠近冥王星时,“新视野”号上的所有设备都处于工作状态,全力以赴地开始准备各种探测,这时,各个系统的负担也增加了。地面控制人员始终在持续联系“新视野”号,但7月11日它突然没了声音,一个多小时后,地面再次联系上了飞行器,此时它已进入安全模式,停止数据采集。
“一下子变得忙碌了,就像你的电脑一样,用太多的程序时就会负载过重。”弗兰说,因为负担过重,飞行器上的计算机进行了“重启”。第二天,“新视野”号重启所有正常的探测。
NASA深空探测网络蒂德宾比拉太空跟踪站发言人格兰·纳吉尔对媒体表示,幸好这样的故障发生在11日,因为一旦发生在13日,即“新视野”号最接近冥王星,最需要采集数据时,那损失可能就更大。
这一故障,被一些媒体称之为“新视野”号“打了一个嗝”,但却并未影响到任何重要的科学探测。
飞掠冥王星时,为了让“新视野”号所有的精力都集中在采集数据上,科学家暂时关闭了数据传输系统,直到当天晚上才开始传输信号。地面向飞行器发出信号,9个小时候才返回一次,但它带来了好消息:“新视野”号确认飞掠了冥王星。控制室里爆发出热烈的掌声,有人流下了眼泪。
“冥王星是柯伊伯带中最典型的天体,这些天体是太阳系形成的重要原因,”弗兰说,“最终,我们可以通过‘新视野’号挖掘冥王星的秘密,可以去了解太阳系是怎么形成的。”
B02-B03版采写/新京报记者 金煜
更多详细新闻请浏览新京报网 www.bjnews.com.cn