2011年的美國航天活動

□□2011年，美國航天活動總體來講比較順利，成功發(fā)射了一些新型人造地球衛(wèi)星，如首顆“天基紅外系統(tǒng)”地球靜止軌道衛(wèi)星（SBIRS GEO－1）、“寶瓶座”/科學(xué)應(yīng)用衛(wèi)星－D（Aquarius/SAC－D）、首顆“作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空”衛(wèi)星（ORS－1）、戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4（TacSat－4）試驗(yàn)通信衛(wèi)星、世界上容量最大的衛(wèi)訊－1（ViaSat－1）寬帶通信衛(wèi)星、“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)備項(xiàng)目”（NPP）等，成為人造地球衛(wèi)星領(lǐng)域的亮點(diǎn)。唯一不足的是其榮譽(yù)號（Glory）衛(wèi)星發(fā)射失敗。在載人航天領(lǐng)域，美國航天飛機(jī)進(jìn)行了最后3次發(fā)射，然后全部退役，“國際空間站”也基本建成。美國信使號（MESSENGER）水星探測器和黎明號（Dawn）小行星探測器在2011年先后進(jìn)入水星和灶神星（Vesta）軌道，美國還順利發(fā)射了“朱諾”（Juno）木星探測器、“圣杯”（GRAIL）月球探測器和“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”（MSL），并把第2架X－37B軌道試驗(yàn)飛行器（OTV－2）送入軌道。

1 人造衛(wèi)星

1月20日，美國在范登堡空軍基地用德爾他－4（Delta－4）重型運(yùn)載火箭發(fā)射了美國國家偵察局（NRO）的NROL－49衛(wèi)星[有可能是鎖眼－12（KH－12）光學(xué)成像偵察衛(wèi)星]，它能夠清晰地看到地面上汽車的型號，用于為美國中央情報局和國防部提供情報。德爾他－4火箭高72m，是目前在役運(yùn)載能力最大的改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭，也是運(yùn)載能力最強(qiáng)的不載人火箭。這是德爾他－4火箭的第5次發(fā)射，也是用它首次發(fā)射近地軌道衛(wèi)星。前4次的發(fā)射地點(diǎn)都是在美國東南海岸的卡納維拉爾角空軍基地，此次是首次在美國西海岸發(fā)射，標(biāo)志著美國西海岸重新恢復(fù)重型運(yùn)載火箭發(fā)射能力。范登堡空軍基地上一次發(fā)射重型火箭是2005年發(fā)射大力神－4B（Titan－4B）火箭。

3月4日，美國用金牛座－XL（Taurus XL）火箭發(fā)射軌道科學(xué)公司研制的榮譽(yù)號對地觀測衛(wèi)星時，因火箭整流罩未能按時分離而使衛(wèi)星沒能進(jìn)入預(yù)定軌道，墜入南太平洋。榮譽(yù)號配有最先進(jìn)的遙感器，如發(fā)射成功，每16天可采集到約800萬個全球二氧化碳精確測量數(shù)據(jù)，分析火山、森林火災(zāi)、煙囪和排氣管所排出的空中顆粒，設(shè)計(jì)工作壽命至少2年。美國曾希望它用于觀測地球大氣變化，幫助研究人員了解太陽和大氣中微小懸浮顆粒對氣候變化及人類生活的影響。

3月11日，美國用德爾他－4火箭發(fā)射了美國國家偵察局的NROL－27成像偵察衛(wèi)星。算上此顆衛(wèi)星，自2010年9月份以來，美國已經(jīng)發(fā)射了5顆不同的美國國家偵察局衛(wèi)星。

4月14日，美國在范登堡空軍基地用宇宙神－5（Atlas－5）火箭發(fā)射了美國國家偵察局的NROL－34偵察衛(wèi)星。

5月8日，美國用宇宙神－5火箭發(fā)射了首顆“天基紅外系統(tǒng)”地球靜止軌道衛(wèi)星。該衛(wèi)星的成本約13億美元，用于替換“國防支援計(jì)劃”（DSP）導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星（詳情請看本刊2011年第5期）。

榮譽(yù)號對地觀測衛(wèi)星

宇宙神－5火箭發(fā)射首顆“天基紅外系統(tǒng)”地球靜止軌道衛(wèi)星

6月10日，美國用德爾他－2火箭發(fā)射了美國和阿根廷合作研制的“寶瓶座”/科學(xué)應(yīng)用衛(wèi)星－D海洋觀測衛(wèi)星。該衛(wèi)星運(yùn)行在高657km的軌道上，攜帶高靈敏度相機(jī)和微波輻射計(jì)等探測設(shè)備，每周對全球大洋表面的鹽度掃描1次，執(zhí)行觀測全球海洋表面鹽分、研究海洋環(huán)流的使命，為科學(xué)家提供包括海水鹽度和溫度、風(fēng)速、冰川融化等全球氣候的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。通過分析海水鹽度的數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以實(shí)時了解海洋環(huán)流、溫度、成分以及海平面高度方面的信息，每月評估1次全球海洋表面鹽度的變化。這些都是影響地球生態(tài)系統(tǒng)的重要因素（詳情請看本刊2011年第8期）。

6月2 9日，美國在弗吉尼亞州沃勒普斯島（Wallops Island）大西洋中部地區(qū)航天發(fā)射場用人牛怪－1（Minotaur－1）四級固體火箭發(fā)射了首顆“作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空”衛(wèi)星。該衛(wèi)星以古德里奇公司為主研制，裝有改進(jìn)的電光偵察系統(tǒng)－2（SYERS－2）多光譜遙感器，質(zhì)量430kg，從研制到發(fā)射歷時30個月，是作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空辦公室的第1顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星。它具有多頻譜拍照能力，能提供地面部隊(duì)指揮官指定區(qū)域的彩色圖像，為部隊(duì)提供全氣候的夜視能力；還可運(yùn)用已有的地面系統(tǒng)處理和分發(fā)圖像等其他信息到戰(zhàn)場，為支持美國中央司令部的情報、偵察與監(jiān)視（ISR）任務(wù)需求提供戰(zhàn)場太空態(tài)勢感知（詳情請看本刊2011年第7期）。

作戰(zhàn)快速響應(yīng)太空－1衛(wèi)星示意圖

7月13日、12月28日，美國的12顆第2代“全球星”（Globalstar－2）衛(wèi)星分2次（每次6顆）在拜科努爾發(fā)射場由俄羅斯聯(lián)盟－2.1a（Soyuz－2.1a）火箭送入軌道。1999－2007年，“聯(lián)盟”系列火箭曾分8次發(fā)射了共32顆第1代“全球星”，即每次發(fā)射4顆質(zhì)量均為450kg的第1代“全球星”。第2代“全球星”為梯形，每顆質(zhì)量700kg，每次用1枚“聯(lián)盟”系列火箭發(fā)射6顆，一共將發(fā)射24顆。這些衛(wèi)星用于提供移動衛(wèi)星話音數(shù)據(jù)服務(wù)。

7月16日。美國用德爾他－4火箭發(fā)射了波音公司研制的第2顆GPS－2F衛(wèi)星。該衛(wèi)星是12顆GPS－2F中的第2顆，進(jìn)入軌道后編號為SVN－63。35年來，波音公司一共為美國空軍建造了39顆GPS衛(wèi)星，包括GPS－1、2、2A、2F。GPS－2F采用經(jīng)改進(jìn)的原子鐘技術(shù)，能為建設(shè)一個穩(wěn)健的GPS星座提供精確性更高、抗干擾更佳的軍用信號，還可提供功率更高、更安全的民用信號，幫助商業(yè)航線運(yùn)營，并執(zhí)行搜救任務(wù)。波音公司在該衛(wèi)星完成在軌校驗(yàn)后，已正式把衛(wèi)星轉(zhuǎn)交給空軍第50太空聯(lián)隊(duì)和第2太空運(yùn)行中隊(duì)。

GPS－2F衛(wèi)星在軌飛行示意圖

9月21日，搭載在歐洲衛(wèi)星公司的SES－2衛(wèi)星上的美國空軍首個“商業(yè)搭載紅外有效載荷”（CHIRP）由阿里安－5（Ariane－5）火箭送入地球靜止軌道。它由美國空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心研發(fā)規(guī)劃部領(lǐng)導(dǎo)的政府-工業(yè)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研制，是美國空軍首個進(jìn)行商業(yè)搭載的有效載荷，也是SES衛(wèi)星上首個政府有效載荷，還是首個進(jìn)入太空的寬視場紅外凝視有效載荷?！吧虡I(yè)搭載紅外有效載荷”使用一個望遠(yuǎn)鏡從地球靜止軌道持續(xù)觀測1/4地球，其大型焦平面陣列能適應(yīng)寬視場的紅外凝視系統(tǒng)，以檢測地球表面的亮點(diǎn)，有助于對導(dǎo)彈發(fā)射進(jìn)行早期預(yù)警，以及支持其他軍事任務(wù)。發(fā)射后30天左右，“商業(yè)搭載紅外有效載荷”首次開啟，進(jìn)行在軌試驗(yàn)。在早期能力試驗(yàn)中，它觀測到10月28日德爾他－2火箭發(fā)射“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)備項(xiàng)目”衛(wèi)星，并收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，取得了突破性成就。SES公司于12月21日宣布，“商業(yè)搭載紅外有效載荷”完成了初始在軌試驗(yàn)，進(jìn)入演示驗(yàn)證階段。該導(dǎo)彈預(yù)警遙感器將在未來的寬視場監(jiān)視和商業(yè)托管形式方面，繼續(xù)提供有價值的參考。

9月27日，美國在阿拉斯加州的科迪亞克島發(fā)射場用人牛怪－4火箭發(fā)射了戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4，旨在為美國軍方驗(yàn)證新的衛(wèi)星通信技術(shù)。戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4由美國海軍研究辦公室投資研制，具有體積小、成本低、發(fā)射速度快等特點(diǎn)，質(zhì)量為450kg，功率為1kW，能提供10個特高頻信道，用來增強(qiáng)傳統(tǒng)衛(wèi)星通信，工作壽命1年，1年后再評估是否需要長期部署。該衛(wèi)星在橢圓形軌道上運(yùn)行，每天可對熱點(diǎn)地區(qū)提供3次、每次2h的覆蓋，所以能為全球多個戰(zhàn)場提供支持。而此前美國海軍的通信衛(wèi)星對一些地區(qū)每天只能提供15min的覆蓋。該衛(wèi)星在入軌30天后既可實(shí)現(xiàn)初始數(shù)據(jù)傳輸，而且能實(shí)現(xiàn)“動中通”，這是目前美國其他軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)都不具備的特點(diǎn)。與一般通信衛(wèi)星不同，戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4允許作戰(zhàn)人員使用常規(guī)手提無線電通話機(jī)在移動中進(jìn)行通信，即不需要拉天線就能進(jìn)行無線電通話，所以實(shí)戰(zhàn)價值較高，因?yàn)樵谝恍┨厥獾牡貐^(qū)，受到地形、地物的限制，沒辦法拉天線或者拉天線會暴露位置，有了這顆衛(wèi)星就不用擔(dān)心了（詳情請看本刊2011年第6期）。

10月19日，美國衛(wèi)訊－1寬帶通信衛(wèi)星由俄羅斯質(zhì)子－M（Proton－M）火箭送入預(yù)定軌道。該衛(wèi)星在軌壽命為15年，總信道容量130Gbit/s，用于為北美和夏威夷群島地區(qū)的寬帶互聯(lián)網(wǎng)用戶提供比目前ADSL和有線電纜速率更快的服務(wù)，而且價格與目前的衛(wèi)星寬帶服務(wù)價格基本持平（詳情請看本刊2011年第6期和第12期）。

戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－4衛(wèi)星平臺和天線有效載荷

衛(wèi)訊－1天線在緊縮場進(jìn)行測試

10月28日，美國用德爾他－2火箭發(fā)射了價值15億美元的“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)備項(xiàng)目”和6顆立方體星。如校車大小的“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)備項(xiàng)目”運(yùn)行在824km高的太陽同步軌道，每天從地球的兩極環(huán)繞地球12次，至少能夠工作5年，所獲數(shù)據(jù)傳給在挪威的地面站，再經(jīng)由光纖電纜傳至美國。其上攜帶了5種科學(xué)儀器，其中4種是首次升空，它們主要用于預(yù)測天氣短期變化和極端天氣情況；搜集從臭氧層到冰蓋的多種信息；了解大氣層、火山灰、火災(zāi)和北極冰融等變化；幫助科學(xué)家開展氣候變暖等長期研究；開發(fā)出長期和短期的預(yù)報方法；對“聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)”（JPSS）所涉及的技術(shù)進(jìn)行測試，從而改進(jìn)天氣預(yù)報和監(jiān)視氣候變化的技術(shù)，提高預(yù)測颶風(fēng)等極端天氣、改進(jìn)跟蹤火山灰的技術(shù)等。該衛(wèi)星是“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)”（NPOESS）項(xiàng)目的探路者，后者將收集關(guān)于長期氣候變化和短期氣象條件的數(shù)據(jù)。6顆立方體星包括：無線電極光探測－2（RAX－2）科學(xué)衛(wèi)星，主要測量電離層能量流，由密歇根大學(xué)運(yùn)營，衛(wèi)星質(zhì)量為3kg；動態(tài)電離層立方體衛(wèi)星試驗(yàn)－1、2（DICE－1、2）科學(xué)衛(wèi)星，主要研究電離層風(fēng)暴，由猶他州立大學(xué)運(yùn)營，衛(wèi)星質(zhì)量分別為3kg、4kg；奧本大學(xué)衛(wèi)星－1（AubieSat－1）由阿拉巴馬空間助學(xué)金聯(lián)盟提供資金，主要使用2種不同類型薄膜來保護(hù)衛(wèi)星的太陽電池板，并試驗(yàn)無線電波在電離層中的傳播；由密歇根大學(xué)運(yùn)營的密歇根大學(xué)立方體星（M-Cubed）為技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星，衛(wèi)星質(zhì)量為1kg，主要儀器為地球成像儀；探險者－1單元2（E1P F2）技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星，由蒙大拿大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營，計(jì)劃在軌工作4個月，衛(wèi)星質(zhì)量為1kg（詳情請看本刊2011年第12期）。

2 載人航天

發(fā)現(xiàn)號升空

2月25日，發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)上天，這是發(fā)現(xiàn)號第39次太空飛行（所有航天飛機(jī)中飛行次數(shù)最多的一架），也是航天飛機(jī)第133次發(fā)射。此次飛行代號為STS－133，任務(wù)是為“國際空間站”送去“萊昂納多”永久性多功能艙（LPMM）和首個類人形機(jī)器人—機(jī)器人航天員－2（R2）以及“國際空間站”的一些備用設(shè)備。

“萊昂納多”永久性多功能艙是由“萊昂納多”多功能后勤艙（MPLM）改造而成的，去除了“萊昂納多”多功能后勤艙中不必要的部分，并加強(qiáng)了該艙的空間防護(hù)能力等，然后永久地安裝在“國際空間站”上作為儲藏室，并提供額外的研究工作空間，航天員今后可以在這個艙里進(jìn)行流體物理、材料科學(xué)、生物學(xué)以及生物技術(shù)等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)。

準(zhǔn)備發(fā)射的“國家極軌業(yè)務(wù)環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預(yù)備項(xiàng)目”

價值250萬美元的機(jī)器人航天員－2是美國航空航天局（NASA）與通用公司聯(lián)合研制的首個進(jìn)入太空的仿真機(jī)器人，由頭部、結(jié)實(shí)的身軀和2只手臂構(gòu)成，質(zhì)量約150kg，全身裝備多種感應(yīng)器，并有一雙靈活的手，美國航空航天局希望將來它可以協(xié)助或代替航天員完成太空行走等危險作業(yè)。

在發(fā)現(xiàn)號與“國際空間站”對接期間，航天飛機(jī)上的航天員們進(jìn)行了2次出艙活動，完成了一系列任務(wù)：為空間站移動機(jī)械臂新配了一對額外軌道，并清潔了空間站外的一部攝像機(jī)；利用軟管將一個破裂液氨泵中殘存的液氨排出；為空間站外加拿大“德克斯特”（Dextre）雙臂機(jī)器人安裝了相機(jī)及保護(hù)性鏡頭蓋，移走了哥倫布號實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)備平臺及一些絕緣材料。此外，他們還利用一個金屬罐進(jìn)行了太空“收集”。這一名為“瓶中信息”的活動由日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）為提高公眾對太空探索的興趣而策劃。金屬罐隨發(fā)現(xiàn)號返回地球后被運(yùn)往日本，供博物館游人參觀。

發(fā)現(xiàn)號的告別之旅

3月9日，完成任務(wù)的發(fā)現(xiàn)號在肯尼迪航天中心安全著陸，結(jié)束了為期12天又19h3min53s的任務(wù)，然后退役，被送到位于首都華盛頓的航空航天博物館展覽。至此，發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)總飛行里程約2.38×108km，在軌天數(shù)365天，繞地球運(yùn)行了5750圈，飛行次數(shù)39次，總乘員人數(shù)252人，與和平號空間站對接1次，與“國際空間站”對接13次，結(jié)束了為期27年的“職業(yè)生涯”，也標(biāo)志著美國航天飛機(jī)時代走向終結(jié)（詳情請看本刊2011年第4期）。

奮進(jìn)號升空

5月16日，奮進(jìn)號航天飛機(jī)上天，這是奮進(jìn)號第25次太空飛行，也是航天飛機(jī)第134次發(fā)射。此次飛行任務(wù)代號為STS－134，主要任務(wù)是為“國際空間站”送去α磁譜儀－2（AMS－02），另外還運(yùn)去了快速后勤搬運(yùn)器－3（ELC－3）平臺、S頻段通信天線、高壓氣罐和“德克斯特”雙臂機(jī)器人的附加配件，以及3顆小衛(wèi)星。

由美籍華裔諾貝爾獎獲得者丁肇中教授組織研制的α磁譜儀－2是用于尋找宇宙中的反物質(zhì)、暗物質(zhì)，以便揭開宇宙誕生和演變之謎。來自美、歐、亞三大洲16個國家和地區(qū)的56個研究機(jī)構(gòu)的600多名科研人員參與其中，其中包括中國科學(xué)院和中國航天科技集團(tuán)公司等，中國專家負(fù)責(zé)研制其關(guān)鍵部分—永磁體。約6.8t、總投入達(dá)20億美元的α磁譜儀－2是“世界最大的太空實(shí)驗(yàn)設(shè)備”。

“快速后勤搬運(yùn)器”是可以承載大型設(shè)備的外部平臺，裝有空間站備件、飛行支持設(shè)備、散熱器和機(jī)械系統(tǒng)支持組件等，可為“國際空間站”提供一個在空間真空環(huán)境下試驗(yàn)的平臺和設(shè)施，還能用于“國際空間站”備用硬件的存放，以便在航天飛機(jī)退役后仍能滿足空間站建設(shè)的硬件需求。

奮進(jìn)號還為空間站帶去的3顆名為“精靈”（Sprite）的小衛(wèi)星，它們看起來就像2.54cm的細(xì)小方形計(jì)算機(jī)芯片，由美國康奈爾大學(xué)研制。這些衛(wèi)星被安置在站外收集太陽風(fēng)信息，工作幾年后將返回地球，以檢測其對太空嚴(yán)酷環(huán)境的承受能力。

裝在奮進(jìn)號貨艙內(nèi)的α磁譜儀－2

用加拿大機(jī)械臂－2從奮進(jìn)號貨艙中抓出α磁譜儀－2裝到空間站桁架上

在奮進(jìn)號與“國際空間站”對接期間，航天飛機(jī)航天員進(jìn)行了4次出艙活動，先后為“國際空間站”安裝了2副S頻段天線、為冷卻系統(tǒng)增加氨水、為空間站左側(cè)太陽電池翼的旋轉(zhuǎn)連接處添加潤滑劑、延伸空間站機(jī)械臂的工作范圍等，完成了“國際空間站”的全部組裝工作。這標(biāo)志著這項(xiàng)世界上投入資金最大、參與國家最多、建造周期最長、技術(shù)水平最高、施工難度最復(fù)雜的航天工程終于在太空全部竣工。此后的所有太空行走都交由常駐空間站的航天員執(zhí)行。

奮進(jìn)號還為“國際空間站”帶去了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如，蜘蛛、果蠅和微小的蛔蟲等，以進(jìn)行一系列奇特的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。有的實(shí)驗(yàn)具有一定的教育意義，可以鼓勵青少年對數(shù)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域的求知探索。在“國際空間站”進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)還有：滴眼藥水；在天花板上表演俯臥撐；扳手腕；測試太空飛毯等。

5月29日，奮進(jìn)號與“國際空間站”分離后在距“國際空間站”約290m處對所攜帶的“獵戶座”（Orion）“相對導(dǎo)航風(fēng)險降低”（STORRM）傳感器進(jìn)行了首次測試。該傳感器是未來太空探索任務(wù)必需的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，今后將用于“獵戶座”多用途乘員飛行器逼近“國際空間站”，使“獵戶座”更容易、更可靠地與“國際空間站”交會對接。

6月1日，完成任務(wù)的奮進(jìn)號在肯尼迪航天中心安全著陸，然后退役，被送到位于洛杉磯的加州科學(xué)中心展覽（詳情請看本刊2011年第6期）。

阿特蘭蒂斯號升空

7月8日，阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)上天，這是阿特蘭蒂斯號第33次太空飛行，也是航天飛機(jī)第135次發(fā)射，還是航天飛機(jī)第37次前往“國際空間站”，以及美國航天飛機(jī)的最后一次飛行。此次飛行任務(wù)代號為STS－135，主要任務(wù)是為“國際空間站”運(yùn)送1年的給養(yǎng)和大量零備件，以及試驗(yàn)平臺－2（PSSC-Testbed 2）。這些物資裝在長約6.4m，直徑約4.6m的“拉斐爾”多功能后勤艙（Raffaello MPLM），能維持“國際空間站”1年的運(yùn)行。此行僅有4名航天員隨阿特蘭蒂斯號升空，并且只送貨，不出艙。7月15日，阿特蘭蒂斯號上的1臺主計(jì)算機(jī)突然死機(jī)，隨之而起的警報聲驚醒了睡夢中的4名航天員。不過故障馬上被修復(fù)，據(jù)悉，故障疑為宇宙射線所致。航天飛機(jī)上有5臺主電腦，它們對阿特蘭蒂斯號返回地球發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

阿特蘭蒂斯號最后一次升空標(biāo)識

信使號進(jìn)入水星軌道飛行示意圖

7月21日，完成任務(wù)的阿特蘭蒂斯號在肯尼迪航天中心安全著陸，隨后退役，被送到美國佛州肯尼迪航天中心的游客中心展出。從此，美國所有航天飛機(jī)永遠(yuǎn)告別太空（詳情請看本刊2011年第8期）。

3 空間探測

信使號進(jìn)入水星軌道

3月17日，經(jīng)過15min的近水星制動減速，美國信使號水星探測器成功進(jìn)入近水點(diǎn)200km、遠(yuǎn)水點(diǎn)15193km、周期12h的水星軌道，從而成為世界上第1顆水星探測衛(wèi)星，開始對水星進(jìn)行為期1年的科學(xué)考察。它已于3月29日從水星軌道傳回首張圖片，4月4日正式展開對水星的觀測。信使號是2004年8月3日由德爾他－2火箭發(fā)射升空的，其發(fā)射質(zhì)量為1100kg（詳情請看本刊2011年第5期）。

黎明號進(jìn)入灶神星軌道

7月15日，在飛行超過2.7×109km后，首個采用離子推進(jìn)技術(shù)完成實(shí)用型科學(xué)探測任務(wù)的美國黎明號小行星探測器進(jìn)入灶神星小行星軌道，成為首個對火星和木星之間小行星帶中的小行星進(jìn)行探測的空間探測器，并于8月11日正式開始了對這顆巨型巖質(zhì)小行星的探測任務(wù)。黎明號是2007年9月27日發(fā)射的，耗資4.66億美元，直徑約530km的灶神星是它此次探測任務(wù)的第1站。黎明號是從2700km到120km不等高度的幾條不同軌道上進(jìn)行探測，測繪灶神星表面，研究其成分，并探究其地質(zhì)史。在完成灶神星探測后，黎明號將在2012年7月離開，于2015年2月抵達(dá)曾為太陽系最大的小行星、后被升格為矮行星的谷神星（Ceres），并對其進(jìn)行軌道探測，從而成為首個先后飛往2個天體并繞其做軌道飛行的探測器，也是首個矮行星探測器。美國擬于2025年前派人前往一顆小行星，而黎明號探測器將為此帶來關(guān)鍵數(shù)據(jù)。美國還準(zhǔn)備在2016年把一個取樣返回探測器發(fā)往一顆近地小行星，2023年將所采樣品送回地球。

“朱諾”木星探測器升空

8月5日，美國用宇宙神－5火箭發(fā)射了新一代木星探測器—“朱諾”。它先圍繞太陽飛行2年，然后將于2013年10月回到地球附近做一次地球借力飛越，再用3年時間飛往木星，預(yù)計(jì)2016年7月進(jìn)入木星軌道。

“朱諾”在軌飛行示意圖

耗資11億美元的“朱諾”是繼美國1989年發(fā)射的專用木星探測器“伽利略”（Galileo）之后世界上第2個專用木星探測器，預(yù)計(jì)在木星大橢圓極軌道上的輻射帶內(nèi)工作1年。該探測器用于詳細(xì)探測這一巨型氣體行星的內(nèi)部構(gòu)造、重力場、極光、大氣結(jié)構(gòu)、磁場、是否存在水以及固體內(nèi)核等情況，調(diào)查木星是否存在一個固體內(nèi)核，繪制木星的高強(qiáng)度磁場圖，測量其深層大氣中的水分和氨的成分，并對木星上的極光現(xiàn)象進(jìn)行觀察，揭開木星上大量天然氣的起源之謎、木星的形成和演化過程，以及決定木星特性且驅(qū)動其演化的內(nèi)部、大氣和磁場之間的耦合，為了解太陽系和周圍行星系統(tǒng)的起源提供參考。

美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）負(fù)責(zé)“朱諾”項(xiàng)目的管理，洛馬公司為“朱諾”的主承包商，意大利航天局為探測器提供紅外光譜儀以及一部分無線電科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它采用自旋穩(wěn)定，質(zhì)量為3627kg，由3個拖車大小的高效太陽電池翼提供電力，是首個在距地球如此之遠(yuǎn)的宇宙空間以太陽能作為主要能源的航天器，目的是經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和減少輻射的影響。

為了探測木星，“朱諾”攜帶了紫外線光譜儀（UVS）、磁通門磁力計(jì)（FGM）、極光分布試驗(yàn)裝置（JADE）、高能粒子探測儀（JEDI）、可見光相機(jī)（JunoCam）、高級恒星羅盤（ASC）、木星紅外極光繪圖儀（JIRAM）、無線電和等離子體波試驗(yàn)裝置（Waves）共9臺科學(xué)探測儀器。

總之，“朱諾”或許能幫助人類揭開以下六大謎團(tuán)：①木星是怎樣組成的；②木星上有多少水；③木星表層之下是什么樣的；④木星是否有巖核；⑤木星的磁性來源于哪里；⑥木星上的極光現(xiàn)象（詳情請看本刊2011年第8期）。

“圣杯”月球探測器升空

9月10日，美國用德爾他－2火箭發(fā)射了“月球重力恢復(fù)和內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室”（GRAIL）月球探測器。它的英文縮寫GRAIL是“圣杯”的意思，所以它又可簡稱為“圣杯”。

美國洛馬公司研制的“圣杯”由圣杯－A、B—2個一模一樣的“雙胞胎”月球探測器組成，其主要任務(wù)是測量月球的引力場，繪制出詳細(xì)的、最高分辨率的月球重力分布圖，以推測月球從外殼到核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步了解月球的熱演變，即月球由加熱到冷卻的歷史，從而研究月球的起源和演變。這對于認(rèn)識地球的演化以及內(nèi)太陽系天體如何演變也很有用。

圣杯－A、B運(yùn)行在月球上空50km高的近圓極軌道上，彼此相距200km。它們通過Ka頻段的科學(xué)儀器測量兩者之間的距離變化率，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而獲得月球重力場分布的信息，探測其在月球重力場中發(fā)生的微小變化，繪出月球的重力場詳細(xì)分布圖。將其與月球山區(qū)、撞擊坑以及盆地等地貌特征結(jié)合起來，可以推算出月球從外殼到內(nèi)核之間的情況，幫助科學(xué)家重建月球的演化過程，確認(rèn)其內(nèi)部物質(zhì)構(gòu)成。

圣杯－A、B采用創(chuàng)新的軌道設(shè)計(jì)，它們用3個半月的時間沿著相似但分開的迂回路線先后抵達(dá)太陽與地球之間的引力平衡點(diǎn)1—拉格朗日1點(diǎn)（L1點(diǎn)），然后以較慢速度進(jìn)入月球軌道。這樣可以大大減少進(jìn)入月球軌道時為了制動減速所耗的燃料；穩(wěn)定“圣杯”上對溫度變化敏感的時鐘；使其上的各種揮發(fā)物有充足的時間泄漏，從而在正式使用后不會干擾科學(xué)探測；方便進(jìn)行途中的各種機(jī)動和測試，以及精確進(jìn)入軌道，以便于2012年3月8日可以從容開始正式的科學(xué)探測，包括使2顆月球探測器上的天線互相指向?qū)Ψ?，太陽電池翼朝向太陽。圣杯－A、B已于2011年12月3日和2012年1月1日先后進(jìn)入月球軌道，并傳回月球背面圖像。

圣杯－A、B的質(zhì)量均為132.6kg，它們采用了試驗(yàn)衛(wèi)星系統(tǒng)－11（XSS－11）小衛(wèi)星的許多技術(shù)，裝有Ka頻段月球重力測距系統(tǒng)（LGRS）和無線電科學(xué)信標(biāo)（RSB）以及一套月球KAM相機(jī)，還各有5臺為中學(xué)生提供的從月球軌道拍攝月球的攝像機(jī)（詳情請看本刊2011年第10期）。

“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”升空

總裝完畢的圣杯－A、B

圣杯－A、B將研究月球熱的演化史

11月26日，美國用宇宙神－5火箭發(fā)射了“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，它所攜帶的美國第3代火星車好奇號（Curiosity）是迄今最大、最貴、最先進(jìn)的火星車，耗資25億美元。其長度為3m，是第2代火星車勇氣號和機(jī)遇號的2倍；質(zhì)量約900kg，是第2代火星車的5倍。好奇號將于2012年8月6日在火星蓋爾環(huán)形山（Gale Crater）中心山丘的山腳下著陸，展開為期1個火星年（約687個地球日）的探測，采集并分析幾十種火星表層巖石、土壤樣本，研究該區(qū)域是否曾經(jīng)為微生物生命提供過適宜的生存條件，包括生命的化學(xué)成份。其主要任務(wù)是分析蓋爾環(huán)形山的土壤和巖石，尋找有機(jī)生物跡象，并進(jìn)行其他研究，查明火星過去或現(xiàn)在是否有適宜生命存在的環(huán)境，測定火星表面的輻射水平。

好奇號有6個輪子行動，每個車輪有獨(dú)立的發(fā)動機(jī)，可在火星表面跨越65cm高的障礙物，能攀爬5km高的火星山，每天在火星表面行進(jìn)200m。它將使用多用途機(jī)械臂從地面鏟挖土壤樣本，并使用鉆頭鉆入各類巖石內(nèi)部取樣，并送入其“車載”實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行精密化驗(yàn)。它裝有10種科學(xué)儀器，儀器的總質(zhì)量是第2代火星車的15倍，其中的一些是第1次在火星上使用。例如，其上的化學(xué)與微成像激光誘導(dǎo)遙感儀（ChemCam）可向9m外的火星巖石發(fā)射激光，使其蒸發(fā)，而后分析蒸發(fā)的巖石和不足1mm直徑的微粒成分；它可研究機(jī)械臂無法觸及的火星巖石和土壤，并能清除火星巖石上的灰塵；其上的α粒子X射線光譜儀（APXS）只要 2～3h就能檢測巖石和土壤樣本，并可全天候開機(jī)。而勇氣號和機(jī)遇號火星車檢測1次需要5～10h，且只能在晚上工作。另外，好奇號還將監(jiān)測、分析火星的氣候、大氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、地溫和紫外線輻射等環(huán)境條件，為將來的人類登上火星實(shí)地探測做準(zhǔn)備。

好奇號火星車還有許多亮點(diǎn)，例如，將采用“空中起重機(jī)”（Skycrane）技術(shù)在火星表面著陸，因而著陸精確度極高；采用“多任務(wù)放射性同位素電熱發(fā)生器”（MMRTG）作為電源，因而可大大增加好奇號的行程和使用壽命，避免太陽電池陣可能會被火星塵土覆蓋而影響發(fā)電效率，從而提高其開展實(shí)驗(yàn)活動（如鉆探）的能力，大大提高火星車在火星表面的工作時間（詳情請看本刊2011年第11期）。

測試好奇號火星車

好奇號在火星表面工作示意圖

X－37B使用小型太陽電池陣供電

4 技術(shù)試驗(yàn)

3月5日，美國用宇宙神－5火箭發(fā)射了波音公司研制的第2架X－37B軌道試驗(yàn)飛行器。

X－37B這種小型航天飛機(jī)的體積是航天飛機(jī)的1/4，外表以黑灰白三色色塊為主題。其防熱瓦比航天飛機(jī)上的更加耐用，用機(jī)電飛行控制系統(tǒng)取代了航天飛機(jī)的液壓驅(qū)動裝置，用展開的太陽電池陣取代了航天飛機(jī)的低溫燃料電池提供電力，在軌期限比航天飛機(jī)多出數(shù)月之久。

與第1架X－37B一樣，質(zhì)量2t的第2架X－37B仍然以試驗(yàn)飛行器自身性能為主，但將擴(kuò)展飛行包線，增加橫向飛行范圍，以及在更強(qiáng)側(cè)風(fēng)時的進(jìn)場能力，進(jìn)一步驗(yàn)證軌道自動操作、再入大氣和像常規(guī)飛機(jī)那樣著陸的能力。它還將重點(diǎn)檢查該飛行器上太陽電池陣系統(tǒng)的性能，因?yàn)樵撎栯姵仃嚨脑O(shè)計(jì)很新穎，使用了波音公司2003年6月申請的專利，可快速安裝和折疊。

X－37B的具體任務(wù)是保密的，其上未加壓貨艙內(nèi)的物品不為人知。一些業(yè)內(nèi)分析人士推測，由于其秘密性質(zhì)，X－37B可能是一種軌道武器的前身。但美國五角大樓多次表示，X－37B僅是一個技術(shù)“試驗(yàn)床”。

第2架X－37B原定于2011年11月30日完成270天的飛行任務(wù)返航，在GPS導(dǎo)航信號的引導(dǎo)下以滑翔的方式在加利弗尼亞范登堡空軍基地降落，但不知什么原因它延長了在軌飛行時間，至本刊2月中旬發(fā)稿時仍未返回。第1架X－37B在著陸前一天空軍才宣布其返航，它在太空中共飛行了224天，是美國首次采用從太空返航后直接在跑道上自動著陸的飛行器。