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信使号

关于伊朗运载火箭，请见“信使号运载火箭”。

信使号（英文缩写：MESSENGER，英文全写： MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging，意译为“水星表面、太空环境、地球化学与广泛探索”）是美国国家航空航天局在2004年8月3日发射的探测卫星，目的是为了研究水星表面的化学成分、地理环境、磁场、地质年代、核心的状态及大小、自转轴的运动情况、散逸层及磁场的分布等。

信使号
艺术家笔下绕行水星的信使号
所属组织美国国家航空航天局 / 应用物理实验室（APL）
主制造商应用物理实验室
任务类型飞掠与绕行水星
环绕对象地球, 金星, 水星
入轨时间2011-03-18 01:00 UTC
发射时间2004-08-03 06:15:56 UTC
发射手段Delta II 7925H-9.5
任务时长2004年发射，至2015年任务结束
共运作10年8个月28日
COSPAR ID2004-030A
SATCAT no.28391在维基数据编辑
官方网站messenger.jhuapl.edu
质量485 kg (1,069 lb)
功耗450 W (太阳能发电板/11个镍氢电池)

信使号是1975年水手10号任务完成之后，人类30年来首次近距离探测水星的任务。信使号具有的解析能力已大为改善，上面装置的照相机分辨率达18米（59英尺），与水手10号具有的1.6公里（0.99英里）相比分辨率更佳。信使号是一个环绕行星轨道的任务，将使用超过一年探测整个水星表面，而水手10号则是一个行星飞越任务，只能够观察到半个水星。

在进入环水星轨道前，信使号执行了一系列复杂的飞越 - 总计飞越地球一次、金星两次、水星三次，使它可以用最少的燃料做相对于水星的减速。 信使号在2011年3月18日进入环水星轨道，在3月24日重新唤醒它携带的科学仪器，在3月29日传回第一张从轨道拍摄的照片。信使号在2012年成功完成它的主要任务。[1]在继续完成两个扩展任务之后，信使号于2015年初开始用它残留的机动燃料执行轨道衰减。[2][3][4][5]信使号任务结束后于2015年4月30日撞击水星表面。[6]

时间表

 
信使号前往水星的轨道
  • 2004年8月3日发射；
  • 2005年8月2日在2,348km高空飞掠地球；
  • 2006年10月24日在2,987km高空飞掠金星；
  • 2007年6月5日在338km高空再次飞掠金星；
  • 2008年1月14日在200km高空飞掠水星表面，并向地球发回了第一批水星照片[7]。
  • 2008年10月6日在200km高空再次飞掠水星；
  • 2009年9月29日在228km高空第三次飞掠水星[8]；
  • 2011年3月18日12时45分(UTC)进入水星轨道[9]，成为首颗围绕水星运行的探测器。

任务背景

历史

太空船的设计

信使号本体高1.85米（73吋），宽1.42米（56吋）并且纵深1.27米（50吋）。本体主要由四个石墨纤维/氰酸盐酯复合板用以支撑燃料槽、“LVA”（大型速率校正）推进器、姿势监视和校正推进器、天线、仪器支架以及一个大型的陶瓷制遮光罩，高2.5米（8.2呎）和宽2米（6.6呎），用来作被动的保温控制。

姿势控制和推进

主要的推进是透过645牛顿，具有317秒比冲的二元推进剂（使用联氨和四氧化二氮）LVA火箭推进器。太空船设计上可搭载607.8公斤（1,340磅）的燃料和加压剂（氦）。

四个22牛顿力（每英尺4.9磅力）的单组元燃料推进器在主推进器点燃时进行导航操控，并且十个4牛顿力（每英尺0.9磅力）的单组元燃料推进器用作姿势控制。为了做精确的控制，一个感应旋转姿势控制系统也包含在内。

掌握姿势控制的资讯是由“star trackers（星体追踪仪）”、一个“inertial measurement unit（惯性测量单元）”以及六个“sun sensors（太阳感测器）”所提供。

通讯

探测器包括了两个小的深空询答机用以跟深空网络联系并且有三种天线:一个电波能沿着一个平面上前进的高增益相位阵列、一个中增益“螺旋电波”天线以及一个明显的喇叭型低增益天线。高增益天线以8.4GHz的频率做单向传送，中增益和低增益天线则是以8.4GHz传送并且以7.2GHz的频率接收，而这三个天线都是以右侧循环的偏振（RHCP）放射来运作。一个天线是固定在探测器前方面对着太阳，另一个天线则是固定在探测器后方背向太阳。

电力

探测器的电力是由两个太阳能板，镓砷化物/锗太阳能阵列所构成，提供平均450瓦的电力。每个太阳能板都是可旋转的并且包括光学的日光反射器来平衡太阳能阵列的温度。电力会储存于11个一般压力的容器，每个容器有两个电池，是23安培时的镍氢电池。

电脑

科学仪器

前往水星

 
信使号于2004年8月3日发射升空

波音公司设计的德尔塔-2运载火箭于2004年8月3日北美东部时区02:15:56在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，运送信使号前往水星。美国国家航空航天局在1个小时之后确认信使号已经成功与第3节火箭分离，开始前往水星。

前往水星需要一个非常大的速度改变，或称为ΔV。因为水星是太阳重力场的深处，1艘太空船前往水星前进速度将会越来越快，因为它朝着太阳的方向前进，因此必须有一个机制来减速。而水星没有足够的大气层让大气刹车（aerobraking）。为了让这次探测成功，信使号大量使用行星重力助推技术，这样可以减少减速所需的火箭燃料，但是会延长抵达水星的时间。为了节省燃料，将以最小的距离插入水星轨道，太空船将会以椭圆轨道来运行。除了节能燃料的优点，这种轨道允许太空船从距离水星很远的位置来测量磁场和太阳风，但仍然可以近距离测量和拍摄水星的表面。

信使号在发射后成功藉用地球重力改变轨道，于2005年8月2日19:13星期二最接近地球表面，当时距离蒙古中央为2,347公里（1,458英里）。信使号的引擎在2005年12月12日进行为期524秒的喷射，将调整轨道朝向金星的方向[10]。

 
信使号飞越地球时所摄得的照片

信使号在2006年10月24日世界协调时08:34第一次飞越金星，距离地表为2,992公里（1,859英里）。第二次飞越金星则是在2007年6月5日23:08，距离地表为338公里（210英里）。 深空机动2号于2007年10月17日成功执行，让信使号的前进目标导向水星[11]。信使号在2008年1月14日首次飞越水星（世界协调时19时04分39秒最接近地面，距离仅约200公里），接着在2008年10月6日第二次飞越水星[12] 。信使号在2009年9月29日最后一次飞越水星，并进一步减慢太空船的速度。在第二次及第三次飞越水星之前则是借由深空机动3号在2008年3月19日19:30及深空机动4号在2008年12月24日20:30来调整太空船的速度[13][14]。深空机动5号在2009年11月24日22:45则提供信使号所需的速度改变，最终可以导致太空船于2011年3月18日成功插入水星轨道，这也标志着信使号长达一年的轨道任务正式开始[15]。

 
水星地表上未被辨识出来的黑色结构

在飞越地球时，信使号记录下地球和月球的影像，利用大气和表面成分分光计来研究月亮，并使用粒子及磁场仪器研究地球的磁层。

原先科学家预计于2004年5月11日前后12日来发射信使号，但是美国宇航局在2004年3月26日宣布将使用2004年7月30日的发射窗口，期间大约有15天。这可以让天文学家拥有更多的时间来进行太空船的测试及处理[16]。这一个改变大幅影响信使号的轨道，并导致太空船延后两年才能到达水星。最初的计划是安排飞越金星三次，并在2009年插入水星轨道。新的计划则允许特测器飞越地球轨道一次，二次飞越金星，并在2011年3月18日插入水星轨道前飞越水星三次。

信使号的太空团队是由KinetX公司所领导。KinetX也是第一家负责导航美国国家航空航天局深空任务的民营公司。他们负责决定所有太空船通过太阳系内部的轨道调整，以确保信使号成功到达水星并以正确的轨道速度插入水星轨道。

 
信使号摄得的水星照片，这一个地区从未被水手10号探测过，距离水星地面约为27,000公里（17,000英里）

信使号公转轨道拥有一个距离地表200公里（120英里）的近拱点，位于北纬60度，远拱点则距离地表15,193公里（9,440英里），公转周期为12个小时，倾角为82.5度。因为太阳的扰动，近拱点将会缓慢上升，在88天（1个水星年）结束后将会距离地表超过400公里（250英里），此时科学家会将它调整到200公里（120英里），12个小时会完成两次周期[17]。信使号将会在轨道上停留一个地球年来收集数据。科学家预期探测器的全球立体图像辨识度为每一个像素为250米。这次探测任务应该可以获得水星地图、水星磁场的三维模型与北半球的地形剖面结构。

一旦信使号抵达水星，科学家们希望来测试一个理论:当行星收缩时，内部的核心慢慢冻结。该探测器将寻找水星非观测半球的表面并收集表面的构成元素的资料，这些物质可能是从水星内部喷涌而出。

天文学家从水手10号传回的照片发现水星的表面拥有不同程度的萎缩情况，而巨大的悬崖则深入水星的地表。其中一个悬崖发现山脊（Discovery Rupes）则深入水星地壳达1.6公里（1英里）。

任务档案

发射和轨道

接近地球

接近金星

接近水星

 
一张之前不曾被探测过的水星地表照片

信使号在2008年1月14日第一次成功地飞越水星，第二次飞越则是在2008年10月6日，并同时使用广角与窄角相机来拍摄地表，也利用太空船搭载的一些感应器来研究水星。

信使进行第三次也是最后一次飞过水星是在2009年9月29日，距离水星表面为142英里（229公里）。飞越水星的运作似乎已经按照计划进行，但在飞船在最接近水星的时候曾经处于安全模式的状态。虽然并没有影响之后插入轨道的弹道，不过可能失去部分科学数据和图像。探测器在大约7个小时之后已经完全恢复了[18]。

轨道的切入

坠落

美国东部时间2015年4月30日15时26分，信使号因为燃料耗尽而坠落于水星表面。[19][20]

科学成果

扩展任务

发现水、有机化合物、火山作用

信使号研究团队成员Thomas Zurbuchen在2008年7月3日宣布，探测器发现水星的散逸层拥有大量的水存在。Zurbuchen说“没有人预料到这件事，起码我不知道有任何一个人如此。我们只能感到惊讶。”[21]

在这个任务的后来几年中，信使号提供了水星表面从前曾经存在过火山活动的图像证据，以及水星的行星核心为液态铁的证据[21]。

信使号获得了最新的详细而且精确的水星地图。并且，在水星北极附近的一些撞击坑的永久阴影区内，发现了含碳有机化合物和水冰。[22]

太阳系全家福照片

 
信使号在2010年11月期间照下了太阳系行星的照片。请参考高分辨率照片。

在2011年2月18日，信使号的官网上公布了由太空船所拍摄包含地球等行星的照片。这些带马赛克的34张照片是由船上的“水星双成像系统”仪器在2010年11月期间所摄得。所有的行星除了天王星和海王星太过遥远之外皆可看见。这个“信使号太阳系全家福照片”将会用来弥补于1990年2月14日太阳系之外所摄得的“旅行者号太阳系全家福照片”。

参见

参考文献

  1. ^ "MESSENGER Completes Its First Extended Mission at Mercury". JHU – APL. March 18, 2013. Retrieved July 8, 2013.
  2. ^ Wall, Mike. NASA Mercury Probe Trying to Survive for Another Month. Space.com. 2015-03-29 [2015-04-04]. （原始内容存档于2019-04-03）. 
  3. ^ Chang, Kenneth. NASA’s Messenger Mission Is Set to Crash Into Mercury. New York Times. 2015-04-27 [2015-04-27]. （原始内容存档于2019-04-01）. 
  4. ^ "From Mercury orbit, MESSENGER watches a lunar eclipse". Planetary Society. October 10, 2014. Retrieved January 23, 2015.
  5. ^ "Innovative use of pressurant extends MESSENGER's Mercury mission". Astronomy.com. December 29, 2014. Retrieved January 22, 2015.
  6. ^ Corum, Jonathan. Messenger’s Collision Course With Mercury. New York Times. 2015-04-30 [2015-04-30]. （原始内容存档于2019-03-31）. 
  7. ^ Mary Vega. NASA MESSENGER Unveils New Images of Mercury. International Business Times. 2008-01-19 [2008-01-21]. （原始内容存档于2008-01-23）. 
  8. ^ [Mission Timeline | 存档副本. [2011-07-07]. （原始内容存档于2013-05-13）. ]
  9. ^ 存档副本. [2010-04-01]. （原始内容存档于2016-05-07）. 
  10. ^ MESSENGER Engine Burn Puts Spacecraft on Track for Venus (新闻稿). Johns Hopkins University. 2005-12-12 [2009-05-01]. 
  11. ^ Critical Deep-Space Maneuver Targets MESSENGER for Its First Mercury Encounter (新闻稿). Johns Hopkins University. 2007-10-17 [2009-05-01]. （原始内容存档于2008-12-01）. 
  12. ^ Countdown to MESSENGER's Closest Approach with Mercury (新闻稿). Johns Hopkins University. 2008-01-14 [2009-05-01]. （原始内容存档于2013-05-13）. 
  13. ^ Critical Deep-Space Maneuver Targets MESSENGER for Its Second Mercury Encounter (新闻稿). Johns Hopkins University. 2008-03-19 [2010-04-20]. （原始内容存档于2013-05-13）. 
  14. ^ Deep-Space Maneuver Positions MESSENGER for Third Mercury Encounter (新闻稿). Johns Hopkins University. 2008-12-04 [2010-04-20]. （原始内容存档于2013-05-13）. 
  15. ^ Deep-Space Maneuver Positions MESSENGER for Mercury Orbit Insertion (新闻稿). Johns Hopkins University. 2009-11-24 [2010-04-20]. （原始内容存档于2013-05-13）. 
  16. ^ MESSENGER Launch Rescheduled. (新闻稿). Johns Hopkins University. 2004-03-24 [2009-05-01]. （原始内容存档于2008-12-01）. 
  17. ^ MESSENGER Mission Design: Working from Orbit. Johns Hopkins University. [2010-04-20]. （原始内容存档于2008-07-06）. 
  18. ^ MESSENGER Gains Critical Gravity Assist for Mercury Orbital Observations. MESSENGER Mission News. 2009-09-30 [2009-09-30]. （原始内容存档于2013-05-10）. 
  19. ^ 星際任務、壯烈成仁！信使號太空船撞水星自毀. 风传媒. 2015-05-01 [2015-05-01]. （原始内容存档于2020-04-26）. 
  20. ^ 結束11年旅程‧美“信使”探測器撞水星自毀. 星洲网. 2015-05-01 [2015-05-01]. （原始内容存档于2015-05-03）. 
  21. ^ 21.0 21.1 Emily Lakdawalla. MESSENGER Scientists 'Astonished' to Find Water in Mercury's Thin Atmosphere. The Planetary Society. 2008-07-03 [2009-05-01]. （原始内容存档于2010-04-06）. 
  22. ^ Wall, Mike (March 29, 2015). "NASA Mercury Probe Trying to Survive for Another Month". Space.com. Retrieved April 4, 2015.

外部链接

 
维基共享资源上的相关多媒体资源：信使号
 
维基新闻中的相关报导：美信使号宇宙飞船飞越水星 搜取宝贵资讯
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