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第5章 漫步太空——人类的飞天梦想(4)

“勘测者号”探测器的结构组成

1966年5月30日发射的“勘测者1号”,总跨度4.3米,总高3.7米,重290千克,于6月2日在月球风暴洋西南部软着陆,发回了11150幅电视图像。最后发射的“勘测者7号”于1968年1月10日到达月面第谷环形山北麓,发回月面山区图像21000幅,还进行了激光测量、土壤分析等勘测工作。

“勘测者号”探测器总质量为1吨,载有雷达、计算机、自动驾驶仪、姿态控制发动机、摄像机等。借助雷达和制动火箭发动机,“勘测者号”探测器可以安全而准确地在预定地点软着陆。它用机械手挖掘月面物质进行了物理和化学分析,并测试了月壤的结构、化学成分、密度等。“勘测者号”向地面发回了5万多幅黑白和彩色照片,展示了月面不同地区的风貌。照片清晰度好,分辨率高,可以看清距相机1.5米远的物体上的细微情况。

装在玻璃容器内的“勘测者3号”探测器的铲子2008年6月26日,据美国宇航局网站报道,1969年11月,“阿波罗12号”登月宇航员从月球带回了一把铲子,这是从先前着陆在月球的“勘测者3号”探测器上取下的。在返回地球近40年后,这把铲子或许将帮助美国科学家解决“重返月球”计划中涉及的在月球挖掘取土的难题。

“勘测者3号”这颗小着陆器在2年半的时间里经历了月球上各种恶劣环境:真空、强烈的宇宙射线、陨石轰击、极端温差。

返回地球后,美国宇航局的工程师希望弄清楚制造飞船所用的金属、玻璃和其他材料该如何忍受这种恶劣环境的“折磨”。

“勘测者3号”和一艘姐妹飞船“勘测者7号”确实对月球土壤进行了挖掘,测量了在挖掘、挤压和刮掉表层土时,它们的驱动发动机需要付出巨大努力。月球风化层是干燥的、类似玻璃的物质,经过无数年的陨石轰击,被撞击成尘埃碎片。在陆地上使用的铁锹(或铲子)对它很难起作用。格伦研究中心“现地资源利用(ISRU)”风化层特征科研组领导者艾伦·威尔金森说:“要设计月球挖掘工具,我们必须预知在月球风化层中移动铲子或其他工具需要用多大气力。”而在“勘测者3号”探测器上取下的小铲子对科学家的这一研究有很大的帮助。

“勘测者1号”是美国第一个在月球上实现软着陆的探测器。

“勘测者1号”相比苏联“月球9号”软着陆探测器只晚了4个月。

“勘测者1号”发现了一片点缀着无数个月坑并散布着大大小小、形状各异的岩石的荒地。它没有发现很深的软土层,分析人员据此推断月面的硬度足以支撑探测器和人体。

在此基础上,美国在一年半时间里又连续发射了6个“勘测者”探测器,其中4个取得了成功。

“月亮女神”月球探测器

“月亮女神”探测器包括一个主轨道器和两颗小卫星(一颗是中继子卫星,一颗是“甚长基线干涉测量无线电”子卫星),主轨道器将在距离月球100公里的环形轨道上飞行。

探月轨道飞行器主舱与子系统

探月轨道飞行器主舱是一个2.1米x 2.1米x 4.8米的盒形舱,盒形舱被分成了一个顶部长为2.8米的上层舱和1.2米的下层舱,上层舱称之为任务舱,主要装载大部分科学设备,而下层舱为推进舱。探月飞船的一边安装有一个太阳帆板,另一边与太阳能电池板成90度的地方安装有一个1.3米的高增益天线。探月飞船的顶端伸出一个12米的磁强计转臂,任务舱的顶部和底部安装了四个15米无线电声波探测器天线。探月飞船总发射质量为2885千克,这其中包括了795千克的推进剂和两个卫星。

“月亮女神”探测器的三大使命

“月亮女神”探测器是日本于2007年9月发射的月球探测器,是在日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空的。“月亮女神”探测器的主要使命有3个。

其一,掌握月球的详细资料。地球表面始终有火山活动,地球内部则存在地幔熔岩对流运动,因此地球经常会发生变化,这使得人们无法了解地球最初的形态。如果通过“月亮女神”探测器的观测掌握了月球的详细资料,就可以解开月球何时及如何形成之谜。希望通过对月球起源的研究,可以找到与地球的形成和早期太阳系有关的线索。

其二,研究太阳对月球的影响。地球有大气环绕,而月球没有。因此太阳光直接照射在月球表面。“月亮女神”探测器将围绕月球旋转1年的时间,研究太阳对月球造成的影响。这对将来人类登月活动有着非常重要的意义。

其三,从月球观测地球。除了观测月球之外,“月亮女神”探测器还装备了观测其他事物的设备。太空环境适宜于观测太空中的电磁波,因为太空中没有来自电视和手机的人造电磁波。此外,“月亮女神”探测器还能从月球观测地球北极和南极的极光,从而研究太阳对地球的影响。

无线电中继子卫星

无线电中继子卫星类似于甚长基线干涉测量无线电卫星,是一个0.99米x 0.99米x 0.65米八角形的圆柱形卫星,质量为53千克。无线电中继子卫星顶端安装有一个偶极天线,四个小S波段小天线安装在飞船上,有两个在飞船顶端,另外两个在底端。飞船稳定旋转率为10转/分,不带推进装置。电源由一个安装在卫星侧面的太阳能电池板提供,可为镍氢电池充电。无线电中继子卫星装有电源和异频雷达收发机,可为地面站和飞行器转发4路多普勒距离修正信号。飞船轨道飞行寿命约一年以上。

日本对月球探索的兴趣由来已久。20世纪90年代,日本的第一个月球探测器“缪斯A”科学卫星进入太空,这使日本成为继美苏之后,世界上第3个探测月球的国家。然而,在之后的几年内,“缪斯A”坠毁月球、“月球-A”计划几经周折最后胎死腹中,日本的探月之路陷入困境。

1999年,在美国“阿波罗”登月计划启发下,日本宇航开发机构推出了自“阿波罗计划”以后规模最大、同时也是最复杂的“月亮女神”探月计划,这为日本的月球基地等远景计划奠定基础。

日本宇航开发机构的这艘耗资2.69亿美元、重达3吨的“月亮女神”探测器于2007年9月4日由日本自主建造的H2A火箭携带升空。这是日本为未来登陆月球迈出的第一步,也是继美国“阿波罗”计划之后最大的月球探测项目。

“火星探路者号”探测器

“火星探路者”是美国国家航空航天局1996年的火星探测计划。“火星探路者”于1997年7月4日在火星表面着陆。它携带的“索杰纳号”火星车,是人类送往火星的第一部火星车。

“火星探路者”着陆器

着陆器是一个锥形四面体,触地时四个表面的气囊能吸收相当于3米/秒垂直速度和50米/秒水平速度下落时的冲击能量,使落地时的冲击力小于50克着陆。不管着陆的姿态怎样,着陆器侧面的3个“花瓣”自动展开,露出着陆器内的各种装置和安装在一侧“花瓣”内的微型漫游越野车(因为是自动行走,用于搜集原始微生物的化石,所以也被人泛称为机器人)。这种设计能确保着陆器摆正位置。

“花瓣”展开后的外露表面上还贴有砷化镓太阳能电池片。关于被称作“旅居者”的微型漫游越野车有不同说法,有报道说它是一种长0.66米,宽0.48米,高0.30米,重11.5千米的6轮车,也有报道说它是长、宽、高各为0.60米、0.46米、0.18米,重7.5千克的6轮车。漫游越野车的主要任务是勘探。它将在到达火星表面后的7天内在着陆器的四周完成工程和科学的基本任务。然后将去离着陆器更远的位置执行范围更广的任务(在离着陆器200米的半径内活动)。

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