您当前位置:首页 > 航天器

罗塞塔号彗星探测器

携带“菲莱”登陆器

罗塞塔号(英文名称:Rosetta),是欧洲航天局研制的彗星探测器,旨在探测研究67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星,并释放登陆器登陆。

罗塞塔号由两个主元件组成:罗塞塔探测器及菲莱登陆器。探测器主要任务是探索46亿年前太阳系的起源之谜,以及彗星是否为地球“提供”生命诞生时所必需的水分和有机物质。菲莱登陆器将登陆彗星。

罗塞塔号,于2004年3月2日15时17分(北京时间)在圭亚那太空中心发射,并于10年8个多月后进入彗星轨道,随后于2014年11月12日释放菲莱登陆器在彗星上着陆。

中文名称罗塞塔号彗星探测器英文名称Rosetta
研制组织欧洲航天局质量1200千克
探测目标67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星发射时间2004年3月2日15时17分
发射场圭亚那太空中心运载工具阿丽亚娜五号运载火箭
登陆器菲莱登陆彗星2014年11月12日

任务背景

彗星是太阳系形成的时候留存至今的碎片,因此那里保存着45亿年前原始太阳系的信息。这次探测有助于解开太阳系的起源之谜,同时回答地球上的水及构成生命的有机物质是否来自于彗星的问题。

在1986年哈雷彗星来临时,曾有一群国际太空探测器被送去探测彗星系统,其中最重要的是欧洲航天局非常成功的乔托号。在探测器传回大量丰富有价值的科学资料后,明显地需要增加更多探测器以了解复杂的彗星成分以及解决新增加的问题。

美国国家航空航天局(NASA)及欧洲航天局员先有个别开发探测器的计划,NASA的探测器是Comet Rendezvous Asteroid Flyby(CRAF)任务。NASA在1992年因预算限制放弃CRAF后,欧洲航天局决定自行研发探测器。1993年野心勃勃的样本取回任务对于欧洲航天局预算明显地不切实际,所以重新设计任务,最终的任务类似原本已经取消的CRAFT任务:小行星飞越,接着彗星会合及实地调察,包括一个登陆器。

罗塞塔号原本会在2003年1月12日发射,而在2011年与韦坦伦彗星会面。然而这个计划因为2002年12月11日阿丽亚娜五号运载火箭发射失败而取消。新的计划目标改为彗星67P,在2004年2月26日发射,并在2014年会面。因更多的质量及随之增加的撞击速度使登陆器设备必须修改。两次尝试发射取消后,罗塞塔号终于在2004年3月2日成功发射。除了发射时间与目标的改变外,这个任务几乎保持一样。

探测器名称的由来

1799年,罗塞塔石碑(Rosetta Stone)在埃及被发现。石碑上镌刻了三段分别用埃及象形文字、通俗体文字和希腊文书写文字。由于文字的内容完全相同,科学家终于在1822年破译出了古埃及的象形文字,打开了通向古埃及历史文明的大门。

罗塞塔石碑的发现是古埃及象形文字成功释读的关键,欧洲航天局希望这个仪器也能在太空探测中起到关键性突破的作用。

探测器以罗塞塔石碑为命名,希望此任务能帮助解开行星形成前的太阳系的谜。而登陆器以尼罗河中小岛的名字菲莱命名,有一块方尖碑在那里被发现且协助解读罗塞塔石碑。对罗塞塔石碑和方尖碑的象形文字的比较,催化埃及的书写系统的解密。同样,人们希望这些飞船将导致更好的理解彗星和早期太阳系。

科学探测仪器

罗塞塔号彗星探测器的探测仪器主要由三个光谱仪、一个微波无线电天线和一个雷达来完成。具体搭载仪器有:

ALICE:紫外成像光谱仪

CONSERT:用无线电波传输探测彗核实验

MIRO:罗塞塔轨道器的微波光谱仪

OSIRIS:光学,光谱和红外远程成像系统

VIRTIS:可见光和红外热成像光谱仪

RSI:电波科学调查

气体及粒子

ROSINA:罗塞塔轨道器光谱仪离子和中性分析

COSIMA:彗星二次离子质谱仪

GIADA:颗粒冲击分析仪和集尘器

MIDAS:显微成像灰尘分析系统

太阳风影响

RPC:罗塞塔等离子联盟

菲莱登陆器

菲莱登陆器

图:菲莱登陆器

菲莱登陆器(Philae)设计质量100千克,外形尺寸为1×1×0.8米,由罗塞塔号携带。是人类第一个在彗星表面着陆的航天器。

利用地球引力提速

欧洲航天局2005年3月7日发布公告称,2004年3月发射的欧洲“罗塞塔”彗星探测器于5月4日首次飞经地球,“罗塞塔”利用了地球引力的拉扯效应,大幅度提升了飞行速度。专家们将这一现象比喻为“跳板效应”。

追赶彗星需要巨大的能量,罗塞塔号探测器重达3吨,所携带的能量是有限的。因此,科学家专门设计了让罗塞塔号3次飞过地球,并且在2007年与火星“擦肩而过”的路程。这样,在这几次巧遇中,罗塞塔号将利用地球或火星的引力助推作用,大幅度提升飞行速度,同时节省飞行能量。

地球的引力好比是一个跳板,而探测器好比石子,在跳板的弹力作用下,石子的运动速度可以大大提高。罗塞塔号本次是以每小时38000公里的速度在距地面约1954公里的高度飞经地球,此后它的速度还将不断增大。预计在地球和火星引力的多次拉扯下,探测器最终将得以飞行50亿公里路程,赶上丘留莫夫-格拉西缅科彗星。

探测彗星

2014年1月21日2时18分(北京时间),美国航天局位于加利福尼亚州的地面站接收到罗塞塔号彗星探测器向地球传回的信号,这意味着罗塞塔号顺利从31个月的休眠中苏醒,将开始对一颗彗星进行探测。

欧洲航天局网站在2014年1月20日发表的公报称,2004年3月2日,欧洲航天局的罗塞塔号彗星探测器升空,开始追逐丘留莫夫-格拉西缅科彗星。探测器抵达木星轨道附近后,其装载的太阳能电池已经无法从太阳获得足够的能量。

为了给最后阶段的追逐保留电力,研究人员从2011年6月8日开始,让罗塞塔号进入休眠状态,直到2014年1月才被唤醒。格林尼治时间1月20日10时,罗塞塔号上装备的“闹钟”让探测器的电脑启动,跟踪导航系统开始逐渐升温,大约6个小时后恢复正常工作。随后,罗塞塔号向地球传回信号宣告“醒来”。

美国航空航天局2014年1月20日消息说,根据此前计划,在此次被唤醒后,罗塞塔号将进行一系列机动变轨,从后方逐渐追赶上彗星,进入环绕彗星运行的轨道,然后为菲莱着陆器选择安全的着陆点,向彗核发射着陆器。着陆日期预计为2014年11月11日。

如果一切顺利,罗塞塔号将成为人类首个近距离绕彗星运行并在彗星表面投放着陆器的探测器。它将持续向地球回传数据,直到电池耗尽或被从彗星上脱落的物质击毁。

接轨彗星

2014年8月6日,罗塞塔号经过10年5个月又4天、60亿公里的航程飞行后终于与楚留莫夫-格拉希门克彗星接轨,以每小时最高13.5万公里的速度绕太阳飞行,与彗星相距不到100公里。

罗塞塔号拍摄的楚留莫夫-格拉希门克彗星

图:罗塞塔号拍摄的楚留莫夫-格拉希门克彗星

罗塞塔号自带的照相机拍摄了彗星表面的照片,呈现了大若房屋的巨石。成为人类史上首个进入彗星轨道的航天器。

寻找着陆点

罗塞塔号携带的一个着陆器着陆,它名叫“莱菲”。前不久,直到2014年1月才被唤醒。抵达彗星后开始了环绕拍摄,对彗星表面进行了详细观测,为莱菲着陆器寻找一个合适的着陆场。

2014年9月15日,直到2014年1月才被唤醒。已经为它的菲莱着陆器在彗星67P/Churyumov-Gerasimenko表面上选择了一个着陆目的地。彗星67P/Churyumov-Gerasimenko外形看似由两个组成部分“连体”而成,最大直径约4公里,其不规则的外形条件并不利于着陆器的平稳投放。

专家们起初在8月底选出5个候选着陆点,分别命名为A、I、B、J和C点(均位于一个面积为1平方公里的椭圆形区域内),并通过分析每个候选地点的相关图像与数据信息,于上周末在法国图卢兹召开的一次为期2天的会议上选出了一个首选着陆点和一个备用着陆点。

被命名为“J点”的首选着陆点位于彗星“头部”。与其他候选地点相比,J点所在区域的大多数斜面的倾角都小于30度,且周围石块数量较少,大大降低了菲莱着陆器在着陆时发生倾倒的风险;另外,该区域能吸收大量的太阳光照,可在菲莱着陆器电池初始电量耗尽后帮其充电,确保科学观测活动继续进行。

备用着陆点C点位于彗星的“身体”部分,一旦更多的分析表明J点并不适于着陆,C点将取而代之。

目前,科学家和工程师们正在设计向J点投放菲莱着陆器的确切路线。欧洲航天局说,之所以要在11月中旬以前完成菲莱着陆器的着陆操作,是因为彗星会因接近太阳而变得更加活跃,从而影响罗塞塔号彗星探测器在轨道中的位置,给菲莱着陆器着陆带来困难。

登陆彗星

菲莱着陆器与罗塞塔号分离

图:菲莱着陆器与罗塞塔号分离

2014年11月12日,菲莱着陆器与罗塞塔号分离,菲莱着陆器于12日16点35分(北京时间)从罗塞塔号上释放,并成功在彗星表面着陆,菲莱着陆器成为人类历史第一个在彗星表面上着陆的人造航天器。

电池电量不足

2014年11月14日,欧洲航天局表示,菲莱着陆器主电池的电量即将耗尽,按照设计,菲莱着陆器在主电池电量耗尽后将依靠太阳能电池供电,但根据菲莱着陆器传回的照片,科学家推测,菲莱着陆器位于一处峭壁的阴影中,每天(一个彗星日为12.4小时)只能获得一个半小时的太阳光照,在日照不足的情况下如果不进行调整,着陆器的太阳能电池将无法为其继续工作提供足够电能。

着陆器项目主管斯特凡·乌拉迈克表示,一旦重新与菲莱着陆器建立联系,地面控制人员将尝试让菲莱着陆器调整角度或跳出阴影,以获取更多的太阳光照。

乌拉迈克还确认,菲莱着陆器已经启动了一个钻探设备,以获取彗星内部的物质样本,但样本提取情况目前尚不清楚。原因是菲莱着陆器必须借助正在围绕彗星运转的母船罗塞塔号才能与地面建立联系,但由于罗塞塔号探测器已经进入彗星地平面以下位置,菲莱着陆器获取的数据无法传送至地球。预计下一次建立联系的时间是欧洲中部时间14日晚10时。但菲莱着陆器的主电池电量可能会在重新建立联系之前就耗尽。

菲莱着陆器着陆后完成了一些实验,已传回彗星表面和浅层物质的分析数据。

科学成果

罗塞塔号在对格拉西门克彗星进行探测时发现了分子氮,科学家认为分子氮的发现暗示太阳系在形成早期就已经拥有一些生命分子。由于格拉西门克彗星来自太阳系的边缘地区,极低的温度使得分子氮可保存在冰封的环境中,同时科学家此前也在太阳系外侧轨道的卫星和行星上发现过类似的分子氮,由此可以推测格拉西门克彗星背后还拥有一个更大的彗星家族,氮分子是该家族的基本特征之一。

对于太阳系外侧轨道天体上出现的分子氮,科学家认为其来源可能为太阳系边缘的彗星,当这些彗星往太阳系内侧轨道方向移动时,就会把太阳系边缘的物质带入其中。根据欧洲空间局的科学家介绍:我们在大气稠密的土卫六、冥王星以及海王星的卫星上都发现了类似的物质。早期的探测中,科学家主要在氨或者氰化氢的化合物中检测到氮,而本次发现的分子氮则是第一次。

罗塞塔号探测器发现格拉西门克彗星可能存在氮分子的时间为去年10月,探测器上携带的ROSINA仪在距离彗星表面10公里的地方发现了该物质。出乎科学家意料的是,分子氮与一氧化碳在彗星上比例明显要小于基于早期太阳系模型的预测。欧洲空间局的解释是分子氮在-220℃至-250℃之间时,会被“笼状”水冰包合物困在其中。在实验室的研究中,分子氮在-253℃时可能被困于冰物质中。

随着彗星逐渐接近太阳,彗星表面的冰物质开始融化,困在内部的分子氮开始被释放出来,于是罗塞塔号探测器检测到分子氮的信号。

罗塞塔号彗星探测器
航天器信息 浏览次数:3417次
最新更新:2015-08-07 13:37
航天新闻推荐
爱航天网简介 | 联系我们 | 我要投稿 | 免责声明 | 隐私保护 | 意见反馈 | 网站合作 | 网站导航 | 爱航天网 | 航天精神
爱航天网(www.aihangtian.com),致力于推动航天知识科普教育、传播航天精神。爱航天网,为中国航天加油,为中国航天喝彩!
网站违法和不良信息举报邮箱:jubao#aihangtian.com(请将#换成@),欢迎您提供航天新闻、发射任务、文字、图片、视频等资料
Copyright © 2015  爱航天网版权所有  京ICP备12042125号-2