阿里安5發(fā)歐日合作水星探測(cè)器，研制耗時(shí)約20年
來(lái)源：航小宇
阿里安5ECA型運(yùn)載火箭10月19日在法屬圭亞那庫(kù)魯發(fā)射了“貝皮科倫布”水星探測(cè)器（火箭起飛時(shí)間是北京時(shí)間20日上午9時(shí)45分）。歷經(jīng)約20年研制、耗資16.5億歐元的這項(xiàng)任務(wù)是歐空局和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的合作項(xiàng)目，也是歐洲首次嘗試對(duì)距太陽(yáng)最近、溫度極高的水星開展軌道探測(cè)。
“貝皮·科倫布”以20世紀(jì)意大利天文學(xué)家朱塞佩·科倫布（綽號(hào)貝皮，曾開展很多有關(guān)水星的先驅(qū)性研究）的名字命名。探測(cè)器總重4100公斤，由一同發(fā)射的兩個(gè)軌道器構(gòu)成，其中“水星行星軌道器”（MPO）由歐空局負(fù)責(zé)，將研究水星表面和內(nèi)部成分，而“水星磁層軌道器”（MMO）則由JAXA下屬的宇宙科學(xué)研究所（ISAS）提供，將研究水星磁層。兩者疊放在一起，由“水星轉(zhuǎn)移模塊”（MTM）送往繞水星運(yùn)行的軌道。在7年多的旅途中，MMO將由“MMO遮陽(yáng)罩與接口結(jié)構(gòu)”（MOSIF）進(jìn)行遮陽(yáng)防護(hù)，而后者還將作為兩個(gè)軌道器之間的機(jī)械和電氣接口。
歐洲空間科學(xué)家將“貝皮科倫布”視為最具挑戰(zhàn)性的長(zhǎng)期行星探測(cè)項(xiàng)目之一，主要是因水星軌道距太陽(yáng)太近，令這顆行星難以派探測(cè)器造訪和從遠(yuǎn)處觀測(cè)。據(jù)歐空局官員介紹，由于水星環(huán)境極具挑戰(zhàn)性，“貝皮科倫布”探測(cè)器有70%的技術(shù)是專門針對(duì)本次任務(wù)研制的。該局“貝皮·科倫布”項(xiàng)目經(jīng)理雷寧豪斯把繞水星做軌道飛行比作飛進(jìn)披薩烤箱。他說，太陽(yáng)能帆板、熱控系統(tǒng)和防護(hù)涂層設(shè)計(jì)難度大是導(dǎo)致項(xiàng)目研制耗時(shí)很長(zhǎng)并幾度推遲的主要原因。該任務(wù)曾險(xiǎn)些因發(fā)現(xiàn)探測(cè)器尺寸和項(xiàng)目耗資需明顯增加而被砍。探測(cè)器原計(jì)劃用俄聯(lián)盟STB/“弗雷蓋特”MT型火箭在庫(kù)魯發(fā)射。但相關(guān)部門2008年發(fā)現(xiàn)，因重量增加太多，需改用阿里安5ECA型火箭來(lái)發(fā)射。
“貝皮科倫布”探測(cè)器飛抵水星（效果圖）
科學(xué)家之所以希望研究水星，是因?yàn)槠淇蔀檎J(rèn)識(shí)行星是如何形成的提供寶貴線索。歐空局此前的所有行星際探測(cè)器都是前往太陽(yáng)系相對(duì)較冷的地方，而“貝皮科倫布”是該局首次向“高溫”區(qū)域發(fā)送探測(cè)器。另外，與同太陽(yáng)漸行漸遠(yuǎn)的外太陽(yáng)系探測(cè)器需要加速不同，“貝皮科倫布”需克服向太陽(yáng)靠近過程中越來(lái)越大的太陽(yáng)引力，也就是需要制動(dòng)。為此，這項(xiàng)任務(wù)要巧妙地利用地球、金星和水星本身的引力，并利用太陽(yáng)能電推進(jìn)（SEP）技術(shù)。當(dāng)接近水星時(shí)，“貝皮科倫布”將利用水星引力和一臺(tái)常規(guī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使自己進(jìn)入一條極軌道。入軌后，兩個(gè)軌道器將同巡航級(jí)分離，各自從軌道上開展至少為一個(gè)地球年的觀測(cè)。
歐空局承擔(dān)了該項(xiàng)目總體預(yù)算中的大約13億歐元。有JAXA人員稱，日方出資額約為這一數(shù)額的1/10。余下部分由承造各臺(tái)科學(xué)儀器的各國(guó)支付。MPO載有11臺(tái)科學(xué)儀器，而MMO的儀器數(shù)量是5臺(tái)。據(jù)歐空局科學(xué)項(xiàng)目主管吉梅內(nèi)茲介紹，有12個(gè)歐空局成員國(guó)的30多家公司參與了該項(xiàng)目。除日本外，美國(guó)和俄羅斯也為這項(xiàng)任務(wù)建造了儀器。探測(cè)器研制工作由空客集團(tuán)和泰雷茲·阿萊尼亞空間公司牽頭?？湛驮擁?xiàng)目經(jīng)理謝克爾稱，由于水星軌道極高的熱和太陽(yáng)輻射水平，探測(cè)器太陽(yáng)能電池陣研制工作花了同整星幾乎同樣長(zhǎng)的時(shí)間。7.5米長(zhǎng)的太陽(yáng)陣必須利用一個(gè)復(fù)雜的傾斜機(jī)構(gòu)使電池片不直接暴露在陽(yáng)光下，從而使溫度保持在215攝氏度以下。探測(cè)器還必須針對(duì)來(lái)自水星本身的紅外輻射加以防護(hù)。
“貝皮科倫布”原定4月份發(fā)射，但因“水星轉(zhuǎn)移模塊”（MTM）在準(zhǔn)備進(jìn)行熱試驗(yàn)時(shí)暴露出重大電氣問題，歐空局于2016年11月宣布將發(fā)射時(shí)間推遲到10月。這次6個(gè)月的推遲并不影響任務(wù)的科學(xué)回報(bào)，但飛抵水星所需時(shí)間將變成7.2年，抵達(dá)時(shí)間將是2025年12月，比原先的預(yù)計(jì)晚1年。探測(cè)器途中將進(jìn)行1次地球借力、2次金星借力和6次水星借力飛行。
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