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麦哲伦号金星探测器

麦哲伦号金星探测器(英文名称:Magellan)是美国国家航空航天局发射的的金星探测器,以葡萄牙探险家斐迪南·麦哲伦命名,主要任务研究金星的环境与大气层,对金星地表的绘制与测量,环绕金星一圈为243天。

麦哲伦号于1989年5月4日18点46分59秒在肯尼迪航天中心39号发射复合体,由亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空。麦哲伦号进入轨道后,麦哲伦号连接的惯性上层助推器于1989年5月5日将麦哲伦号送入IV型日心轨道,并于1990年8月7日,麦哲伦号开始进入金星轨道。

中文名称麦哲伦号金星探测器英文名称Magellan
研制国家美国质量1035千克
探索目标金星发射时间1989年5月4日18点46分59秒
发射场肯尼迪航天中心运载工具亚特兰蒂斯号航天飞机

探测任务

麦哲伦号探测器主要考察任务是:更多地了解金星的地质情况,如表面构造、电特性等,并加以分析,研究火山和地壳构造以及形成金星表面特性的原因,更多地了解金星的物理学特性,主要是其密度分布和金星内部的力学特性,进一步了解金星表面物理学方面的知识。

麦哲伦号探测器此次科学考察要进行几项实验项目:

1、使用高分辨率的雷达,在243天(金星自转一周)的飞行中,对90%的金星表面连续成像;

2、测量金星表面高度的外形,绘制金星全球地形图,其分辨率相当于合成孔径雷达距离鉴别力;

3、确定金星重力场的特性。

探测器设计

麦哲伦号探测器是一个重约5559公斤,采用三轴稳定的航天器。其运行中姿控制所用的电能与动能均由一对太阳能电池帆板和3个陀螺回转的动量轮来提供。从外形上看,探测器的顶部是推进系统,主要是球形固体火箭。中间是多面棱柱体的仪器舱,其表面装有温度控制窗以及扫描器、平衡航等,两个短形的太阳电池能帆板如同两把扇子插在探测器的“腰间”;探测器的底都是大型抛物面形的高低频增益无线。探测器上的电力由二个太阳电池能帆板和二个镍一幅电池组提供,二个太阳能电池帆板田面积总计约12.6平方米,它始终朝向太阳,在航天器对金星探测时,可提供1029瓦的电能。推进系统采用星-48型固体火箭发动机,它可为探测器进入统金星轨道提供动力。星-48型发动机总重约1820公斤,推进剂重约1718公斤,壳体重102公斤,装药比为0.94。为适应不同推力的需要,发动机可以调整装药量及其性能,装药量可以增加15%,推力可达约7000公斤。发动机采用金属外壳,三向编织碳-碳纤维喷管,真空比冲约为292秒。另外,该发动机具有“一机多用”的特性,当它作为航天飞机的“辅助推进舱”时,可将1052公斤重的卫星从倾角28.5度,高度为296公里的初始圆形轨道送入倾角27度、高度为296×35786公里的椭圆形转移轨道,如增加发动机装药,还可把卫星的重量增加到1247公斤。

麦哲伦号探测器上采用了先进的合成孔径雷达,主要作用是成像,但也进行辐射测量等,其特点是精度高,可以360米以上的分辨率测绘金星,这样高的精度是以往探测金星的航天器所没有的,其扫描宽度25公里。

高频增益无线直径为3.7米,该天线的作用是或供合成孔径雷达使用;或用于向地球发送数据。

雷达系统重163公斤(无线除外)。该雷达系统由休斯飞机公司制造。

此外,探测器上还装有一测高仪,也使用高分辨率测量金星。此外,探测器上还携带有备用系统,万一出了差错,其备用的合成孔径雷达,低频增益天线以及计算机软件将重新调整并核查探测器系统,为了保证探测器安全可靠,其上还安装了两种星载错误保护系统装置,一种用于针对姿态控制,一种用于针对除姿控外的各种错误。姿控监测系统进行的全系统“健康”检查能查出造成反常现象的原因,并能确定补救方法。其它故障则由麦哲伦号指令与数据系统中的计算机软件作个别处理。

发射升空

1989年5月4日18点46分59秒,亚特兰蒂斯号航天飞机在美国肯尼迪航天中心发射升空,当亚特兰蒂斯号航天飞机飞越太平洋上空时,麦哲伦号从航天飞机货舱内施放出来,约1小时后,推力达近4万公斤的两级惯性顶级火箭将其送上前往金星的轨道。

搭载着“麦哲伦号”探测器的亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空

图:搭载着“麦哲伦号”探测器的亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空

麦哲伦号是从航天飞机上发射的第一个担负这种任务的探测器。

进入金星轨道

1990年8月7日,麦哲伦号开始进入金星轨道,麦哲伦号进入一个椭圆轨道,近拱点距离金星表面295公里,远拱点距离金星表面为7762公里。

麦哲伦号拍摄的雷达纪录下最接近金星的数据,然后远离金星时将数据传送回地球。这个动作需要大量使用反作用轮让麦哲伦号旋转,因为麦哲伦号拍摄照片需要37分钟,而麦哲伦号朝着地球发送数据需要两个小时。麦哲伦号主要任务传回至少70%的金星表面照片,麦哲伦号锁定两大地区来拍摄照片,第一大区为北纬90度至南纬54度,第二大区为北纬76度到南纬68度。然而,由于近拱点为北纬10度,所以不太可能拍摄南极地区照片.

第一次任务

时间:1990年9月15日-1991年5月15日

麦哲伦号主要任务于1990年9月15日开始,打算拍摄金星表面70%的“左看”地图,像素分辨率最小为1公里。在第一次绕行金星期间,从麦哲伦号距离金星表面的高度包含2,000公里(北极上空)与290公里(远拱点)。主要任务于1991年5月15日完成,麦哲伦号拍摄83.7%的金星表面,像素分辨率为101至250米。

第二次任务

时间:1991年5月15日-1992年1月14日

目标:绘制金星南极地区地图与第一次任务时所未完成之区域

第一次绘制金星地图任务结束后,第二次绘制金星地图任务立即开始,目的是提供第一次绘制金星地图中有缺陷的数据,包括大片南半球地区。要做到这一点,麦哲伦号只好改变收集方法,以获得“右看”地图。1992年1月中完成后,第二次绘制金星地图所提供的数据为54.5%的金星表面,科学家结合之前收集的资料后,获得金星表面96%的地图。

第三次任务

时间:1992年1月15日-1992年9月13日

目标:填补现存的地图不足及收集立体图像

第二次绘制金星地图任务结束后,开始第三次绘制金星地图任务来收集金星表面数据,以制作出三维立体影像。第三次绘制金星地图任务于1992年9月13日结束,约21.3%的金星表面被制成立体影像,金星表面总体覆盖率增加至98%以上。

第四次任务

时间:1993年5月23日-1992年9月14日

目标:测量金星的引力场

第三次绘制金星地图任务完成后,麦哲伦号停止制作表面影像。相反的,麦哲伦号于1992年9月中旬开始保持高增益天线指向地球,深空网络开始录制遥测资料。科学家借由监测麦哲伦号的速度,来收集有关金星的引力场资讯。高引力的区域会略增加麦哲伦号的速度,纪录为多普勒效应的信号。直到1993年5月23日为止,麦哲伦号绕行金星轨道总共1878次,因为数据丢失,所以麦哲伦号延长10天来研究金星引力。

第五次任务

时间:1993年5月24日-1994年8月29日

目标:大气制动以进入圆形轨道与地球重力测量

第四次任务于1993年5月底结束,麦哲伦号利用已知的技术进行大气制动。第五次任务于1993年8月3日开始,麦哲伦号绕行金星轨道总共2855次,提供94%的金星高分辨率重力数据,第五次任务于1994年8月29日结束。

大气制动

时间:1993年5月24日-1993年8月2日

目标:进入圆形轨道

大气制动长期以来一直为太空船进行轨道减速的方法。之前的轨道减速提案需要防护罩,对于大多数任务过于复杂和昂贵。为了测试新方法,麦哲伦号计划下降到金星大气层的最外层区域。麦哲伦号利用细微摩擦来减慢了速度,为期稍微超过两个月,使麦哲伦号进入一个近似圆形的轨道,包含180公里的近拱点与540公里的远拱点。该方法已经被广泛使用在以后的太空任务中。

第六次任务

时间:1994年4月16日-1994年10月13日

目标:收集高分辨率重力数据,并进行无线电科学实验

第六次任务是前两次金星引力研究的延伸。最终实验随着任务即将结束而进行,被称为的“风车”实验提供有关金星高层大气的成分数据。麦哲伦号于1994年10月13日结束全部任务,绕行金星轨道总共1783次,之后麦哲伦号进入金星大气层并解体。

风车实验

时间:1994年9月6日-1994年9月14日

目标:收集有关金星大气动力学数据

1994年9月,麦哲伦号的公转轨道降低,开始进行“风车实验”。在实验过程中,麦哲伦号利用太阳能电池板,垂直于公转轨道路径。麦哲伦号也点燃推进器,以保持麦哲伦号稳定。风车实验将科学家了解上层大气阻力对于行星探测器产生的影响,帮助科学家设计未来的地球人造卫星,并测试未来行星探测器采用大气制动方法。

科学成果

麦哲伦号高解析率的全球影像提供科学家资料,以了解金星表面结构、火山活动和地质作用。

金星表面大多覆盖火山物质。火山的表面特征相当常见,如辽阔的熔岩平原、熔岩圆顶以及大型盾状火山。

金星表面很少有撞击坑,这显示表面是年轻的地层,只有不到800万年的历史。

熔岩河流长达6,000公里,显示极低粘度的熔岩河流可能来自高频率的火山爆发。

陆地典型的板块构造(大陆漂移和盆底蔓延)于金星表面并不明显。

虽然金星大气层相当稠密,但是表面没有风蚀和沙尘的实质证据有限风力交通工具唯一证据。与此相反,火星只有稀薄的大气层,但是风蚀证据与沙尘相当多。

麦哲伦号高解析率照片提供资料,科学家可以更容易了解金星地质、火山作用、金星表面结构形成。

麦哲伦号创建了第一个(也是目前最好的)高解析率雷达影像,反映出行星表面特征。在此之前的金星探测任务拍摄低解析率的雷达影像,麦哲伦号终于获得与环形山、丘陵,山脊和其他地质构造的详细影像,在一定程度堪比其他行星的可见光影像。麦哲伦号的全球雷达地图目前仍然是目前最详细的金星地图,虽然俄罗斯的金星-D也携带雷达,可以完成同样成果,但是所使用的雷达解析率不如麦哲伦号。

麦哲伦号金星探测器
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最新更新:2015-08-07 13:30
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