首顆行星氣象衛(wèi)星升空——黎明號啟程飛金星

□ 司馬光

黎明號前往金星探測藝術想象圖

近年來，日本在空間探測方面一掃希望號火星探測器失蹤的陰霾，連續(xù)成功發(fā)射了3個別具一格的空間探測器。其中月亮女神月球探測器和隼鳥號小行星探測器已出色完成了任務，在全球引起了較大的反響；而日本首個金星探測器——黎明號正在飛往金星軌道的途中，此舉使日本成為繼蘇聯(lián)、美國、歐洲空間局之后，世界第4個發(fā)射金星探測器的國家或組織。這些都無疑給日本航天事業(yè)注射了一針強心劑。

金星是太陽系九大行星中距地球最近的一顆行星，所以人類對太陽系行星的探測首先是從金星開始的。人類已向金星發(fā)射了31個空間探測器，其中22個成功，9個失敗。加上各種路過的探測器總數(shù)已超過40個。

金星是人的肉眼能夠看到的最為明亮的天體。那么，最近一些年人們?yōu)槭裁辞嗖A火星，而冷淡金星呢？這主要是金星總被濃厚的云層包圍著，即使發(fā)射空間探測器也極不容易看清它的真實面目。另外，金星與地球太不一樣了，不可能成為人類的新家園。

黎明號準備對金星的大氣做深入的勘測

這些空間探測器使人們看到了金星的大體面目，了解了金星的地質地貌，掌握了金星的溫室效應。從構成上講金星是和地球最接近的行星，但是金星的地質、大氣和地球的差別很大，這是科學家急于想搞清楚的地方。金星的自轉周期比公轉還長，且是反方向逆轉等奇特現(xiàn)象，這也是科學家很感興趣的一點。有人說，金星是地球的過去，而火星是地球的未來。

為此，日本決定染指金星。經(jīng)過不斷努力，日本終于在2010年5月21日成功發(fā)射了黎明號金星探測器。它也叫“行星-C”或“曉”，任務與歐洲空間局的“金星快車”類似，主要研究金星上的氣候，分析籠罩該星球的大氣。不過，日本黎明號是從物理的角度研究金星，而歐洲的“金星快車”是從化學角度研究金星，所以日本希望能與歐洲在金星探測方面合作，成果共享。之所以被命名為黎明號是因為金星的光芒在早晨太陽升起之前最亮。

黎明號能連續(xù)地對金星進行長期觀測，拍攝金星云層以下可視大氣的立體運動圖像。其科學目標是了解金星云層以下可視大氣循環(huán)的基本過程，分析云層的動態(tài)和雷鳴的放電機理；認識大氣逸散的機理和超級循環(huán)的機理；測繪地面輻射率和探索活火山活動；搞清楚子午面循環(huán)的結構。

日本宇宙探索局中村正人說：“黎明號的主要任務是解開金星表面的暴風之謎。另外，金星與地球重力雖然大致相當，但是被高溫高壓的氣體包圍，大氣中全是硫酸云，我們希望通過黎明號發(fā)回來的數(shù)據(jù)來了解為什么地球與金星大氣會有如此大的差異。調查金星也是為了更深入了解地球的發(fā)展?！?/p>

探測器在廠房進行振動測試

重500千克的黎明號采用了包括姿態(tài)軌道控制技術在內的許多新技術；按新標準開發(fā)了許多新部件，包括先進的觀測儀器和控制部件。

黎明號的星體是一個長為1456毫米、寬為1040毫米、高為1400毫米的立方體。其平臺由結構、電源、熱控、通信、數(shù)據(jù)處理、姿態(tài)軌道控制6個分系統(tǒng)組成，采用零動量三軸姿態(tài)控制，探測器指向精度優(yōu)于0.1°。由驅動機構控制的太陽電池帆板在探測器處于任何姿態(tài)下都能一直正對太陽，以保證向探測器提供所需的電能，在地球軌道附近時為480瓦，在繞金星運行軌道上時為500瓦。其高增益天線也始終指向地球，以保證探測器與地面的通信鏈路暢通，通信速度在2千比特/秒以上，使用中增益天線時通信速度8千比特/秒以上。星上搭載的所有相機都安裝在探測器的側面，能免受太陽的照射而正常工作。

黎明號將從可見光、紅外、紫外線等分別對金星進行觀測

黎明號攜帶了從紅外到紫外6種不同波長的5臺相機，用以研究金星表面及其大氣環(huán)流和分子分布情況，繪制熱輻射，并監(jiān)視含硫氣體、閃電和氣輝。它能連續(xù)地對金星進行長期觀測并攝像，獲取金星云層以下可視大氣的立體運動圖像；分析金星大氣的結構和運動；通過電波屏蔽觀測大氣層結構和雷鳴放電情況。所以，它是第一顆行星間的氣象衛(wèi)星，能當一顆標準的“金星氣象衛(wèi)星”用。

其短波紅外相機1的檢測器采用Si-CSD的CCD，像素為1024×1024，視場角12°，觀測波長為0.01微米、0.97微米、0.90微米、0.90微米，用于透過云層觀測太陽散射光和金星表面的熱輻射情況，包括地表面和云、水蒸汽等。

其短波紅外相機2的檢測器采用PtSi-CSD的CCD，像素為1024×1024，視場角12°，觀測波長為01.735微米、2.26微米、2.32微米、2.02微米、1.65微米，用于觀測金星下層的熱輻射情況，包括黃道光、一氧化碳、云頂高度、云以及云滴的尺寸等。

其中波紅外相機的檢測器采用非冷卻輻射熱測量計，像素為240×240，觀測波長為10微米，用于觀測金星云層最上端的熱輻射情況，即云頂高度。

黎明號探測器在潔凈的廠房中

其紫外相機的檢測器采用PtSi-CSD的CCD，像素為1024×1024，視場角12°，觀測波長為283納米、365納米，用于透過金星云層觀測太陽散射光情況，包括二氧化硫磺、未知的吸收物質等。

其雷鳴/大氣光學相機的檢測器采用8×8多陽極APD，視場角16°，觀測波長為777.4納米、552.5納米、557.7納米，用于觀測雷鳴放電和發(fā)光以及大氣光學情況。

其超高穩(wěn)定振蕩器觀測波長為8.4吉赫茲，用于觀測氣溫變化，以及硫酸蒸汽的高度分布。

黎明號將在2010年12月抵達金星，進入圍繞金星運行的大橢圓軌道，以使星載儀器發(fā)揮最大價值，從多個層次觀察大氣。其運行軌道的近金點為300千米，遠金點為80000千米，軌道傾角約172°，周期為30小時的大橢圓赤道軌道上，在那里工作至少2年。

美國麥哲倫號金星探測器拍攝到的金星

黎明號結構示意圖

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黎明號上鋁板的來歷

為了增強人們對太空和地球的興趣，增進公眾對日本空間科學研究活動的了解，日本宇宙航空研究開發(fā)機構特別發(fā)起了一個“寄語征集”活動，寄語征集范圍除了日本本土，還延伸要了海外。來自世界各地的260，214人參加了此次活動，有通過上網(wǎng)留言的個人，也有以集體形式參加的學校、科技館。此外，一些名流也參加了此次活動。收集到的寄語縮印在鋁板上，并隨黎明號金星探測器一同進入金星軌道。

刻在鋁板上的寄語隨黎明號前往金星

刻在鋁板上的寄語在黎明號上的位置圖

日本首個金星探測器清晰拍攝地球夜景

5月21日晚上8點50分左右，發(fā)射成功約14小時后，黎明號在距離地球約25萬千米的地方，拍攝到了地球的圖片，其中2張捕捉了地球反射太陽光而發(fā)出的紅外線和紫外線。由于拍攝的是夜晚的地球，反射部分呈新月形。

夜晚的照片也非常清晰地顯示了地球全景