伽利略號

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更新時間: 2013-09-04

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伽利略號(Galileo)是美國太空總署一艘無人太空船,是美國航天局第一個直接專用探測木星的航天器。專門用作研究木星及其衛星。它以文藝復興時期義大利天文學家伽利略的名字來命名,於1989年10月18日由穿梭機亞特蘭蒂斯號運送升空,任務名稱為STS-34,它於1995年12月7日接近木星。

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1 伽利略號 -基本簡介

伽利略號 伽利略號

1989年10月18日,由「阿特蘭蒂斯」號太空梭送入軌道的「伽利略」號木星探測器,是美國航天局第一個直接專用探測木星的航天器。伽利略木星探測計劃始於1978年,最初計劃於1982年1月發射,后因經費不足、飛行設計修改和太空梭發射失敗等原因而先後9次變動計劃,致使發射一再推遲,研製經費高達13.6億美元。伽利略號是首個圍繞木星公轉,對木星大氣作出探測的太空船。在前往木星的旅程中,它發現了首個屬於小行星的衛星。

由於燃料的消耗,且在發射前並未通過無菌處理,為免與木衛二碰撞,造成污染,伽利略號被安排撞向木星摧毀,它於2003年9月21日以每秒50公里的速度墜落木星大氣層,結束它長達14年的任務。

2 伽利略號 -技術參數

伽利略號 伽利略號

「伽利略」號探測器呈不規則長形體.總重約2717千克,由木星軌道器和再入器兩部分組成,在到達木星前約150天時,兩者分離,軌道器環繞木星運行探測;再入器深入木星大氣層考察。

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軌道器是由美國的噴氣推進實轉室設計、製造和操作的,其總重為2378千克,正常情況下以3.15轉/分自旋穩定。其上的主要設備為;推進艙,包括一個機動推力器和一個單一入軌推力器,與推進劑一起共重約1185千克;2台放射性同位素熱電偶發電機,可提供0~480瓦的電力;一個約5米直徑的高增益地球通信天線,用S和X波段與地球通信,定向精度為0.1度。

軌道器上還裝有很多精密的探測儀器,主要包括:CCD攝像機,發回的照片清晰度比「旅行者」探測器的高20~1000倍,可分辨出木星衛星表面3O~50米範圍的細節;近紅外繪圖分光計,可探測出氮、磷化氫、水、甲烷、鍺等組分;紫外分光計能探測出氮、氫和氧等;光子偏振、輻射計,可以測量偏振光和光強度;磁強計、高能粒子檢測儀、等離子體檢測儀、等離子體波分系統(測量電場和磁場變化)、塵埃粒子檢測儀和重離子計數器等,可用於對木星磁層等的研究。

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再入器是由美國航天局的艾邁斯研究中心負責設計,休斯飛機公司創造的。其外形呈扁錐體,總重約339千克、其中僅防熱殼就重達220千克。其上有2台1波段發射機、能以128比特/秒的速率發送測量數據,經軌道器中繼到地球。再入器上的探測儀器有:大氣結構檢測儀,能測量木星大氣的溫度、壓力等;中性質譜儀,可測定木星大氣組分;氦分量檢測儀,用於測定木星大氣中的氦氣含量;測雲計、純流量輻射計以及光和射電檢測儀等。

3 伽利略號 -軌道器結構

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「伽利略」號探測飛船的軌道器結構十分獨特,它採用雙自旋結構,由一個每分鐘數圈慢速旋轉的自旋艙和一個定向艙組成。自旋艙有一台直徑5米的拋物面天線和無線電傳輸裝置,一台主發動機和兩組輔助的小型噴管,以鈈239為燃料的熱核電發電機、磁強計和等離子體粒子遙感裝置,高能粒子檢測儀,塵埃粒子檢測儀等。而定向艙的體積比較小,裡面只裝備著多種先進的光學攝像裝置,一架小型天線,CCD照相機。這種照相機比「旅行者」號探測器上的照相機靈敏度高100倍,可拍攝到大量清晰的天體圖象。軌道器的總重量為2205千克。   

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大氣探測器由制動防熱罩和一個球形儀器艙組成。制動防熱罩是一個120度錐角的鈍頭圓錐殼體,表面覆蓋著一層很厚的碳燒蝕防熱層。這層防熱罩的重量佔了探測器總重量的50%。球形儀器艙里裝備了大氣組分探測計、質譜儀、氦氣濃度計,測雲計,輻射計,高能粒子探測計等多種先進的探測儀器設備,還裝備有降落傘系統,無線電發射裝置和電源系統。大氣探測器的總重量為345千克。

軌道器於1995年7月到達木星軌道前150天,放出大氣探測器后,沿著木星橢圓軌道執行探測任務,並繞木星飛行了22個月,拍攝到木星及其衛星的大量清晰的照片;大氣探測器則深入木星大氣層的深處探測大氣層的成分和物理特性。這個探測器以每秒48千米的速度進入狹窄的通道最後進入大氣層,它承受了400g的加速度,表面壓力高達14個大氣壓,表面溫度高達780攝氏度高溫,在它打開降落傘徐徐下降的過程中,展開了各種測量工作。隨著高度的下降,大氣壓力和氣溫越來越高,最後高達20個大氣壓,這時,環形探測器被大氣壓垮,探測工作被迫終止。整個工作歷時1小時。

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4 伽利略號 -主要任務

伽利略號的首要任務是要對木星系統進行維期兩年的研究,而事實上,伽利略號從1995年進入木星的軌道直到2003年墜毀,它一共在木星工作了8年之久。它環繞木星公轉,約兩個月公轉一周。在木星的不同位置上,得到其磁層的數據。此外它的軌道也是預留作近距觀測衛星的,在1997年12月7日,它開始執行其額外任務,多次近距在木衛一和木衛二上越過,最近的一次是於2001年12月15日,距衛星表面僅180公里。

由於木衛二的冰層下可能存在生命,為免未經消毒的太空船撞向木衛二,令地球的細菌污染其環境,控制人員最終選擇把伽利略號撞向木星。

5 伽利略號 -存在問題

伽利略號 伽利略號

伽利略號的旅程並不幸運。它原本的計劃是由太空穿梭機將它和它的推動火箭--半人馬座火箭送入地球軌道。然後半人馬座火箭將用2年半的時間將伽利略號送抵木星。在80年代初,伽利略號完工的時候由於太空梭和運載火箭沒有準備好。所以推遲了發射時間。當一切準備妥當之後,升空日期便定在了1986年的5月。

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但在1986年1月的挑戰者號穿梭機慘劇發生后,美國政府停止了一切的升空活動,並對安全準則作出了檢討。伽利略號的升空時間被延後至3年之後。新的安全準則也隨之增加,包括使用低功率的推進火箭,並禁止在太空梭的運送倉內放置燃料。這意味著半人馬座火箭將取消。為了進入預期的軌道,太空船會先進入金星的軌道,再藉助引力來加速,再兩度折回地球加速,然後前往木星。這使得原本預定2年半的旅程變成了6年。在等待升空的三年中,伽利略號被多次改造,運送和儲藏。有人認為這3年的「旅程」很可能就是升空后諸多問題的原因。

伽利略號利用增加了的旅程,對月球的光面和暗面的地表化學物質作出了比較,而且還對地球南極的臭氧層作出了大氣觀測。但在最後一次離開地球之前,問題再度出現。伽利略號的主天線--高增益天線被發現不能準確打開。高增益天線作為伽利略號和地球聯絡的主要工具,它的出錯造成了嚴重的後果。本來伽利略號能每數分鐘往地球發回一張照片,故障發生后變成了數周一張。幸而,計算機技術的發展對此作出了彌補。數據能通過壓縮再傳送,這使得照片的傳送時間減少為數小時。

在伽利略號略過小行星帶時,伽利略號對小行星951和小行星243(Ida)作出精密觀測,發現Ida的衛星,並命名為dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇觀中,伽利略號觀測了舒梅克·利維九號彗星的碎片撞入木星的過程,地球上的望遠鏡則要等待木星自轉來觀測其陰影。

伽利略號伽利略號

然而,在到達木星的兩個月前,另一個問題發生了。伽利略號的磁帶記錄器發生了故障。磁帶記錄器的主要任務是,記錄伽利略號上各種儀器所探測到的結果,並在適當的時候發回地球。在主天線發生故障之後,磁帶記錄器的作用就顯得非常重要了。為了對磁帶記錄器作出調整,伽利略號放棄了原本探測木衛一的計劃。

伽利略號帶有一個探測器,該探測器的任務是沖入木星的大氣,並在燃燒殆盡前,儘可能多的發回數據。這是個艱難的任務,與木星大氣摩擦將產生高達華氏21000度的高溫。在打開降落傘減速之後,探測器將與抵擋高溫的擋熱板脫離。獨自承受木星的風暴,高溫和巨大的壓力。在1995年12月7日,探測器進入了木星的大氣。探測器成功地發回了信號,並在降落了57分鐘之後,探測器被木星發出的熱力燒毀。但這57分鐘大大地增加了對木星的大氣和氣候的了解。

伽利略號對研究木星的衛星也作出了很大的貢獻。在伽利略號到達木星之前,人們一共發現了16顆木星的衛星。伽利略號到達后又發現了多個衛星。現在,這個數字已經上升到了63個。

由於受到幅射的破壞,伽利略號的攝影裝置於2002年1月17日停止運作。工程師由於能夠修復磁帶的資料,因此它能在墜毀以前繼續傳送資料回地球。

6 伽利略號 -未來規劃

在伽利略號的任務結束后,美國太空總署的下一個探測器名為木星冰月軌道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JiMo),處於草擬階段。

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