[科普中國]-行星和行星際探測器

相關知識空間探測器的分類

空間探測器按探測的對象劃分為月球探測器、行星和行星際探測器、小天體探測器等。

按運行軌道分為三類：(1)飛經(jīng)某一行星的探測器，如：“先驅(qū)者”、“旅行者”；(2)環(huán)繞被探測行星運行的探測器；(3)在行星上著陸的探測器，如：“水手號”、“海盜號“、“金星號“。被探測過的行星有水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星及其衛(wèi)星。某些探測器曾成功地在金星和火星表面軟著陸。

空間探測器的飛行空間探測器離開地球時必須獲得足夠大的速度才能克服或擺脫地球引力，實現(xiàn)深空飛行。探測器沿著與地球軌道和目標行星軌道都相切的日心橢圓軌道（雙切軌道）運行，就可能與目標行星相遇；增大速度以改變飛行軌道可以縮短飛抵目標行星的時間。

為了保證探測器沿雙切軌道飛到與目標行星軌道相切處時目標行星恰好也運行到該處，必須選擇在地球和目標行星處于某一特定相對位置的時刻發(fā)射探測器。探測器可以在繞飛行星時，利用行星引力場加速，實現(xiàn)連續(xù)繞飛多個行星。

空間探測器的顯著特點是，在空間進行長期飛行，地面不能進行實時遙控，所以必須具備自主導航能力；向太陽系外行星飛行，遠離太陽，不能采用太陽能電池陣，而必須采用核能源系統(tǒng)；承受十分嚴酷的空間環(huán)境條件采用特殊防護結(jié)構(gòu)；在月球或行星表面著陸或行走，需要一些特殊形式的結(jié)構(gòu)。1

概述行星和行星際探測器是對太陽系內(nèi)各行星進行探測的無人航天器。20世紀60年代初期美國和蘇聯(lián)發(fā)射了多種行星和行星際探測器，分別探測了金星、火星、水星、木星和土星以及行星際空間。彗星探測器離開地球時必須獲得足夠大的速度才能克服或擺脫地球引力，實現(xiàn)深空飛行探測器沿著與地球軌道和目標行星軌道都相切的日心橢圓軌道運行，就可能與目標行星相遇，或者增大速度以改變飛行軌道可以縮短飛抵目標行星的時間。為保證行星和行星際探測器的進入預定軌道正常工作需要探測器自主控制飛行軌道并解決低數(shù)據(jù)率極遠距離傳輸問題，同時需要利用空間核能源進行能量供應。2

美國的行星與行星際探測美國于1958年2月1日成功地發(fā)射了美國的第一顆人造地球衛(wèi)星探險者1號。同年，美國的噴氣推進實驗室（JPL)在美國航空航天局的直接指導下，即著手開展對太陽系中各行星及行星際空間的探測研究工作，相繼研制和發(fā)射了先驅(qū)者號、水手號、太陽神號、旅行者號、?？柕刃行桥c行星際探測器及彗星探測器。近年又研制和發(fā)射了火星勘測者號和火星探路者號探測器。3

先驅(qū)者號探測器先驅(qū)者號探測器是美國行星與行星際探測器系列中的一個系列。從1958年10月到1978年8月共發(fā)射了13個，主要任務是探測地球與月球之間的空間;金、木、土星等行星及行星際空間;月球周圍的環(huán)境;行星際空間的輻射、磁場以及太陽活動等。

先驅(qū)者1號至9號的質(zhì)量為27一67kg,工作壽命約6個月。前4個探測器僅獲得部分成功。先驅(qū)者號探測器曾拍攝到噴壺噴水狀的太陽風圖像，發(fā)現(xiàn)地球磁場向陽面受太陽風壓縮，另一側(cè)則延長達數(shù)百萬公里。其中先驅(qū)者7號首次在月球以遠觀測磁尾，測量了距地球遠560萬公里的淚珠狀磁尾。
1972年3月3日和1973年4月6日分別發(fā)射了先驅(qū)者10號和11號探測器，主要探測了木星、土星和它們的衛(wèi)星(木衛(wèi)和土衛(wèi))。10號于1973年12月飛近木星，行程10億公里，向地球發(fā)回了300多幅木星和木衛(wèi)的照片，10號探測器利用木星引力場加速，使其飛上土星，還利用土星引力場加速，在1986年10月越過冥王星的平均軌道，成為第一個飛出太陽系的航天器。11號于1974年12月在木星附近飛過，1979年9月1日飛過土星附近，探測到了F.G兩
個新環(huán)，G環(huán)與土星中心的距離為60一90萬公里，發(fā)現(xiàn)土星幅射帶強度遠低于地球幅射帶強度。10號和11號上各攜帶一張畫有圖案的鍍金超質(zhì)標志牌，作為對地球外的文明探索的標志。
1978年5月和8月分別發(fā)射了先驅(qū)者—金星1號、2號探測器，進入繞金星的軌道后，利用微波遙感拍攝了金星背面的圖像。2號遠在繞金星的軌道上釋放了4個錐形金星大氣探測器，分別從A個方向降落在金星表面，探測中發(fā)現(xiàn)金星云中有大量的二氧化碳和硫酸。3

水手號探測器水手號探測器是美國行星與行星際空間探測器系列中的一個系列，主要任務是探測金星、火星及其周圍的空間環(huán)境。從1962年7月至1973年11月共發(fā)射了10個水手號探測器，其中:3個飛向金星，2個成功;6個飛向火星，4個成功;另一個是對金星和水星進行雙星觀測，成為第一個雙星探測器。

水手號探測器外形呈八角形，有4個太陽電池翼，用百葉窗控制溫度，用高壓氣體噴管控制姿態(tài)。水手4號裝有電視攝像機，從火星附近向地球發(fā)回了火星的詳查圖像，每幅圖像由20.02萬個像素構(gòu)成，根據(jù)圖像鑒別出火星約有300個火山口。水手6號和7號發(fā)回的火星地形圖質(zhì)量更好，每幅圖像由70.4945萬個像素構(gòu)成，能清晰地辨認出火星表面的浸蝕，火星的南半球是“亂石堆’的地形。水星7號的探測發(fā)現(xiàn)火星的南極區(qū)有由水冰和干冰(固態(tài)C02)形成的雪堆，這已被后來的探測進一步證實。水手9號成為繞火星的人造火星衛(wèi)星，繞火星運行了90天，用高分辨率的相機拍攝了火星70%表面的照片，在靠近北極冠附近發(fā)現(xiàn)了太陽系中已知的最大火山口。水手10號是金星和水星的雙星探測器，1974年2月5日在距金星5300km處飛過，借助金星引力場飛向水星，每6個月向水星靠近兩次。3

海盜號探測器海盜號探測器屬于美國的火星探測器系列，是水手號探測器的改進型，主要任務是探測火星上有無生命存在，并探測火星地貌，研究火星大氣和地震活動。進而研究地球與太陽系的演變。
海盜1號、2號探測器分別于1975年8月20日和9月9日發(fā)射,1號于1976年6月19日進入火星軌道，其著陸艙于7月20日軟著陸在火星上的普拉尼蒂亞平原,11月2日開始工作。海盜2號的著陸艙于1976年9月3日軟著陸于火星上的烏托匹亞平原,11月18日開始工作。這兩個海盜號探測的結(jié)果表明:火星上沒有任何生物存在的跡象，也未測出火星上有任何有機分子。海盜I號、2號的軌道艙還對火星的衛(wèi)星火衛(wèi)1號、火衛(wèi)2號進行了觀測，并拍攝了50幅照片。3

旅行者號探測器旅行者號探測器是美國行星與行星際探測器的一個系列，主要任務是較詳細地探測木星及其衛(wèi)星、土星及其衛(wèi)星和土星環(huán)。
旅行者2號和1號分別于1977年8月和9月發(fā)射，旅行者1號于1979年3月5日在距木星27.8萬km處越過木星，信號傳輸?shù)降厍蚣s需37分鐘。1號發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)1上至少有6座活火山，以1600km/h的速度噴射;發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)4上的環(huán)形山比木衛(wèi)3上多;觀測到了厚約30km的木衛(wèi)環(huán)和火紅斑;通過探測器上的紫外分光儀測出了木衛(wèi)環(huán)面發(fā)出的遠紫外輻射;還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)14,15,16三顆木星衛(wèi)星。3

彗星探測器這是探測和研究彗星的空間探測器，主要任務是探測與研究彗星的本質(zhì)及其組成成份，進而了解太陽風的物理性質(zhì)和化學成份。
彗星探測器上裝有電視攝像機、中子分析儀、離子質(zhì)量分析儀、等離子體觀測儀、側(cè)光儀等探測設備，用以探測彗尾中的等離子體密度、溫度和重離子特性等。裝有變軌發(fā)動機，用以改變探測器的軌道，以便攔截彗尾，達到直接探測彗尾的目的。3

前蘇聯(lián)的行星與行星際探測金星號探測器金星號探測器是前蘇聯(lián)的行星與行星際探測器系列中的一個，主要任務是探測金星及其周圍的空間。1961年2月12日，發(fā)射了金星1號探測器，到1983年6月7日，共發(fā)射了16個金星號探測器，其中2個飛過金星，4個飛抵金星表面(硬著陸)，其余10個實現(xiàn)了在金星表面的軟著陸。4

火星號探測器火星號探測器是前蘇聯(lián)行星和行星際探測器系列中的一種系列，主要任務是探測火星及其周圍的空間。從1962年11月至1973年8月，前蘇聯(lián)共發(fā)射了7個火星號探測器，其中2個探測器的軌道艙飛越火星，2個軌道艙越過火星后進入日心軌道，另3個軌道艙進入繞火星的軌道，成為人造火星衛(wèi)星。探測器的著陸艙往火星表面硬看陸，2個著陸艙在火星表面軟著陸。

火星號探測器由軌道艙和著陸艙組成，軌道艙內(nèi)裝有探測器的主要系統(tǒng)與設備，著陸艙內(nèi)除了包括動力裝置、大降落傘等在內(nèi)的著陸系統(tǒng)外，還裝有在著陸艙逼近火星時探測火星的儀器設備。探測器在發(fā)射過程中即對地球外的大氣層進行測量;在向火星飛行中探測行星際空間環(huán)境;在接近火星時，從不同高度觀測火星表面;著陸艙軟著陸于金星表面后，探測火星的物理特性和化學特性，測量的數(shù)據(jù)及電視圖像均通過軌道艙的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)回地球。4

探測器號探測器探測器號探測器也是前蘇聯(lián)空間探測器系列中的一個系列，是多用途的，包括探測月球、月一地空間、行星際空間、火星周圍空間等，還進行了航天器返回技術等的試驗。其飛行程序是首先被送入停泊軌道，然后起動末級火箭，使探測器飛向行星際空間或行星、月球。1964年4月至1970年10月共發(fā)射了8個探測器號探測器，有4個著陸艙返回地球，6個向地面發(fā)回了地球、月球的黑白和彩色照片。4