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伽利略号探测器

伽利略号探测器(英语:Galileo Orbiter)是美国航空航天局发射的第一个专门用于探测木星及其卫星的深空探测器,以文艺复兴时期意大利天文学家伽利略的名字来命名。

伽利略号于1989年10月18日由亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空,并于1995年12月7日抵达火星轨道。伽利略号于2003年9月21日以每秒50公里的速度坠落在木星大气层,结束它长达14年的任务。

中文名称伽利略号探测器英文名称Galileo Orbiter
研制国家美国质量2380千克
探索目标木星及其卫星发射时间1989年10月18日
发射场肯尼迪航天中心运载工具亚特兰蒂斯号航天飞机

任务简介

伽利略木星探测计划始于1978年,最初计划于1982年1月发射,后因经费不足、飞行设计修改和航天飞机发射失败等原因而先后9次变动计划。致使发射一再推迟,研制经费高达13.6亿美元。伽利略号木星探测计划是由美国和联邦德国联合进行的。

伽利略号的首要任务是要对木星系统进行为期两年的研究,而事实上,伽利略号从1995年进入木星的轨道直到2003年坠毁,它一共在木星工作了8年之久。它环绕木星公转,约两个月公转一周。在木星的不同位置上,得到其磁层的数据。此外它的轨道也是预留作近距观测卫星的,在1997年12月7日,它开始执行其额外任务,多次近距在木卫一和木卫二上越过,最近的一次是于2001年12月15日,距卫星表面仅180公里。

由于木卫二的冰层下可能存在生命,为避免未经消毒的航天器撞向木卫二,令地球的细菌污染其环境,控制人员最终选择把伽利略号撞向木星。

探测器设计

伽利略号探测器呈不规则长形体,总重约2717千克。由木星轨道器和再入器两部分组成,在到达木星前约150天时,两者分离,轨道器环绕木星运行探测;再入器深入木星大气层考察。

轨道器是由美国的喷气推进实验室设计、制造和操作的,其总重为2378千克,正常情况下以3.15转/分自旋稳定。其上的主要设备为;推进舱,包括一个机动推力器和一个单一入轨推力器,与推进剂一起共重约1185千克;2台放射性同位素热电偶发电机,可提供0~480瓦的电力;

一个约5米直径的高增益地球通信天线,用S和X波段与地球通信,定向精度为0.1度。轨道器上还装有很多精密的探测仪器,主要包括:CCD摄像机,发回的照片清晰度比“旅行者”探测器的高20~1000倍,可分辨出木星卫星表面30~50米范围的细节;近红外绘图分光计,可探测出氮、磷化氢、水、甲烷、锗等组分;紫外分光计能探测出氮、氢和氧等;光子偏振、辐射计,可以测量偏振光和光强度;磁强计、高能粒子检测仪、等离子体检测仪、等离子体波分系统(测量电场和磁场变化)、尘埃粒子检测仪和重离子计数器等,可用于对木星磁层等的研究。

再入器是由美国航天局的艾迈斯研究中心负责设计,休斯飞机公司创造的。其外形呈扁锥体,总重约339千克、其中仅防热壳就重达220千克。其上有2台1波段发射机、能以128比特/秒的速率发送测量数据,经轨道器中继到地球。再入器上的探测仪器有:大气结构检测仪,能测量木星大气的温度、压力等;中性质谱仪,可测定木星大气组分;氦分量检测仪,用于测定木星大气中的氦气含量;测云计、纯流量辐射计以及光和射电检测仪等。

伽利略号探测器有一具核动力装置,内装22.7公斤放射性铀-238。飞船配备着摄像机、近红外勘测分光仪、磁强仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器,用于木星大气层构成、云层结构、温度、磁场等方面的勘测和研究。伽利略号探测器发射后,不停地朝向太阳轨道飞行了两年,于1990年2月通过金星,于1990年12月以时速1.429万千米的速度,首次通过地球轨道,再以时速12.71万千米的速度,于1992年12月第二次通过地球轨道和地—月交会轨道,并对它们都“顺便”进行红外观测。最后以时速14.03万千米的速度,于1995年12月7日到达木星。它的轨道器在释放出探测器后,就成为木星的人造卫星,探测器则下降到木星表面,并及时地向地球连续地发回了各种宝贵的探测数据。使人类对这个距离地球非常遥远的星球第一次有了了解。

探测器结构

伽利略号探测器的轨道器结构十分独特,它采用双自旋结构,由一个每分钟数圈慢速旋转的自旋舱和一个定向舱组成。自旋舱有一台直径5米的抛物面天线和无线电传输装置,一台主发动机和两组辅助的小型喷管,以钚239为燃料的热核电发电机、磁强计和等离子体粒子遥感装置,高能粒子检测仪,尘埃粒子检测仪等。而定向舱的体积比较小,里面只装备着多种先进的光学摄像装置,一架小型天线,CCD照相机。这种照相机比“旅行者”号探测器上的照相机灵敏度高100倍,可拍摄到大量清晰的天体图象。轨道器的总重量为2205千克。

大气探测器由制动防热罩和一个球形仪器舱组成。制动防热罩是一个120度锥角的钝头圆锥壳体,表面覆盖着一层很厚的碳烧蚀防热层。这层防热罩的重量占了探测器总重量的50%。球形仪器舱里装备了大气组分探测计、质谱仪、氦气浓度计、测云计、辐射计、高能粒子探测计等多种先进的探测仪器设备,还装备有降落伞系统,无线电发射装置和电源系统。大气探测器的总重量为345千克。轨道器于1995年7月到达木星轨道前150天,放出大气探测器后,沿着木星椭圆轨道执行探测任务,并绕木星飞行了22个月,拍摄到木星及其卫星的大量清晰的照片;大气探测器则深入木星大气层的深处探测大气层的成分和物理特性。这个探测器以每秒48千米的速度进入狭窄的通道最后进入大气层,它承受了400g的加速度,表面压力高达14个大气压,表面温度高达780摄氏度高温,在它打开降落伞徐徐下降的过程中,展开了各种测量工作。随着高度的下降,大气压力和气温越来越高,最后高达20个大气压,这时,环形探测器被大气压垮,探测工作被迫终止。整个工作历时1小时。

飞行历程

1989年10月18日,伽利略号探测器是在肯尼迪航天中心亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空,航行28亿英里后,于1995年12月7日抵达火星轨道。

伽利略号探测器的飞行历程

图:伽利略号探测器的飞行历程

伽利略号绕木星飞行了34圈,获得了有关木星大气层的第一手探测资料,在1995年将一个探测器放到了木星上。它发现在木星的卫星欧罗巴(Europa)、Ganymede、Callisto的地下有咸水,还发现木星卫星Io上有剧烈的火山爆发。

由于燃料的消耗,且在发射前并未通过无菌处理,为免于在木卫二硬着陆,造成污染,地面人员调整伽利略号的轨道,使其飞向木星,于2003年9月21日以每秒48公里的速度坠落木星大气层,结束其长达14年的任务。

科学成果

发现更多木星卫星

伽利略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前,人们一共发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多个卫星。这个数字已经上升到了63个。

木卫二的表层下可能有海洋

从伽利略号探测器传回的最新的资料表明,在木卫二的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫二上有水”的假设添加了重量级砝码,并引起了生物学家对木卫二上是否存在生命的争论。

探测木星大气成分

木星大气比预计的干燥得多,含水量极少,也没有地球大气中的那种云。木星大气成分与太阳相似,主要由氢和氦构成,但氦的含量只有预计的一半,其他元素如氖、碳、硫、氧的含量也比预计的低。科学家认为,对木星大气数据的分析,可能会改变目前关于木星和太阳系其他行星形成过程的理论,将使科学家重新思考地球生命的奥秘。

伽利略号探测器
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最新更新:2015-08-07 13:31
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