“金星”4號：首個撞擊金星的探測器

□ 思飛

“金星”4號：首個撞擊金星的探測器

□ 思飛

“金星”4號探測器

今年6月12日是蘇聯(lián)發(fā)射“金星”4號探測器50周年紀(jì)念日。在太空探索的歷史上，“金星”4號是人類首次成功地實(shí)現(xiàn)既對金星大氣進(jìn)行探測又墜毀在金星表面的航天器，因而值得紀(jì)念。

金星伴月

“金星”1號探測器

天空中最亮的星星

金星是處于水星和地球之間的一顆行星，被看作是地球的孿生星球。自古以來人們通常把它稱作太白金星或太白星。除了太陽和月球以外，它是人的肉眼能夠看到的最為明亮的天體。由于金星被濃密的大氣層所包圍，所以給地面上的天文觀測帶來很多困難，極不容易看清它的真實(shí)面目。正緣于此，在人類進(jìn)入空間時代以后，發(fā)射航天器探測金星就成為順理成章的事情了。

在太陽系八大行星中，除地球之外第一個被航天探測的就是金星。1962年8月27日美國發(fā)射的質(zhì)量為202.8千克的“水手”2號探測器，帶了6臺科學(xué)儀器，于同年12月14日從距離金星34809千米處飛過，對金星氣溫做了測量，拍攝了紅外及微波波段的圖像，拉開了人類探測金星的序幕。之后，“水手”2號開始進(jìn)入環(huán)繞太陽的日心軌道運(yùn)行。1963年1月3日7點(diǎn)是地面最后一次接收到它發(fā)回信號的時間。根據(jù)其發(fā)回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們估計金星上覆蓋著厚達(dá)60千米的二氧化碳大氣層，金星表面溫度大概在425℃。整體而言，“水手”2號此行之任務(wù)算是極為成功的。盡管如此，它仍不如“金星”4號那樣較近地探測了金星并摔碎在金星表面價值更大?！敖鹦恰?號還是第2個成功探測了金星的航天器。

從距離大小來說，金星是最靠近地球的行星。兩者圍繞太陽運(yùn)動處于最近位置時僅僅相差0.277個天文單位，即0.414億千米。從個兒大小來講，金星也最像地球，是個典型的類地行星。它的半徑為6053千米，略小于地球；它的平均密度為每立方厘米5.25克，整個質(zhì)量是地球質(zhì)量的81.5%；它周圍也有大氣和云層，與地球十分相像。與地球不同的是，金星沒有天然衛(wèi)星。

金星與太陽系其他七大行星不同，其自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)方向是相反的。它一方面在距離太陽1.08億千米的圓形軌道上直著身子自西向東進(jìn)行公轉(zhuǎn)，平均速度為每秒35千米，運(yùn)行一周僅需224個地球日，一方面又以垂直于公轉(zhuǎn)軌道面的自轉(zhuǎn)軸為中心緩慢地自東向西進(jìn)行自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)一周卻需243.2個地球日。兩者合成的結(jié)果，使金星上一晝夜正好為116.8個地球日。不難想見，在金星上看到的太陽是西升東落的。人們常用“日從西出”來諷喻根本無法實(shí)現(xiàn)的奢望，但在金星上這卻是天經(jīng)地義的。

探測金星的航天器

1961―1983年，蘇聯(lián)共向金星發(fā)射了21個探測器，其中包括從“金星”1號到“金星”16號的16個航天器，計有13個獲得成功，3個失敗。它們中有的是在金星上硬著陸，即落地時撞壞，主要是在降落過程中對金星大氣層參數(shù)進(jìn)行測量；有的是在金星上軟著陸，靠減速裝置安全降落在金星表面后進(jìn)行實(shí)地探測或取樣分析；有的是成為金星的人造衛(wèi)星，通過雷達(dá)等科學(xué)儀器對金星表面進(jìn)行連續(xù)綜合考察。其探測獲得的數(shù)據(jù)資料都用無線電信號發(fā)回了地球。還有其他名稱的5個航天器，均告失敗。1984年，蘇聯(lián)又發(fā)射了兩個“金星-哈雷”探測器。它們到達(dá)金星軌道分別釋放登陸艙到金星表面進(jìn)行探測后，又利用金星引力變軌去探測哈雷彗星。

蘇聯(lián)于1961年2月12日用“閃電”號運(yùn)載火箭發(fā)射“金星”1號后，探測器于5月下旬飛掠金星，距離約10萬千米，電波中斷，隨后便進(jìn)入環(huán)繞太陽的日心軌道?！敖鹦恰?和3號分別于1965年11月12日和16日發(fā)射，2號于1966年2月27日在距離金星24000千米處飛過，但通訊系統(tǒng)早已損毀，沒有任何科學(xué)數(shù)據(jù)傳回地球，最終進(jìn)入日心軌道。3號于1966年3月1日在金星表面硬著陸，偏離預(yù)計著陸點(diǎn)約450千米，但通訊系統(tǒng)未能傳回任何信息。蘇聯(lián)在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，才成功地發(fā)射了“金星”4號，使其成為航天史上較早實(shí)現(xiàn)到達(dá)另一個行星的深空探測器。

①美國“麥哲倫”號金星探測器

②“麥哲倫”號探測器拍攝的金星全景雷達(dá)圖像

③美國“水手”2號探測器

④“水手”10號探測器1974年拍攝的金星照片，顯示金星被濃厚的云層包圍

“金星”4號探金星

“金星”4號探測器由前端的登陸艙和后面的軌道艙兩大部件組成，高3.5米、重1.106噸。在探測器上裝有自動遙測裝置、太陽能電池板、天體定向傳感器、拋物面天線、發(fā)射天線定向器、多普勒測高天線、防熱層、內(nèi)防熱層、吸熱材料、儀器支架、蓄電池、控制電子設(shè)備和傳熱器等。太陽能電池板可以延伸至4米寬，面積有2.5平方米。軌道艙又稱金星膠囊運(yùn)載器，攜帶了磁力計、宇宙射線探測計、氫氣與氧氣檢測器、帶電粒子陷阱等科學(xué)儀器。新一代的登陸艙又稱金星膠囊，直徑1米，重383千克，外表包著一層很厚的使用了新材料的耐高溫殼體，可以承受11000℃的高溫，比任何早于“金星”4號發(fā)射的探測器都還要高。由于當(dāng)時對金星的了解甚少，所以登陸艙僅被加壓到25個大氣壓。它攜有包裹的降落傘和一些探測設(shè)備。鑒于降落傘打開工作后，要經(jīng)歷金星濃密大氣層，故而被設(shè)計為可以耐450℃的高溫。另外也考慮到可能最終漂浮在水面上的情況，所以登陸艙膠囊的鎖使用了糖作為原料。

1967年6月12日“金星”4號發(fā)射升空后，順利地飛越了3.5億千米，于同年10月18日經(jīng)自身攜帶的液體燃料火箭適時減速抵達(dá)金星軌道，環(huán)繞金星運(yùn)行，又利用金星大氣的阻力降低高度，然后向金星釋放了登陸艙。軌道艙末端的液體燃料火箭，可以在艙段運(yùn)行過程中對其軌道做出修正。登陸艙被投放后，它本身又釋放了兩枚溫度計、一個氣壓表、無線電高度計、大氣密度計以及11臺氣體分析儀，并透過DM波來操作兩臺無線電發(fā)射器。

登陸艙進(jìn)入金星稠密大氣層后展開降落傘，在降落傘的作用下緩慢下落，并用儀器探測氣體的狀態(tài)和成分。它在穿過大氣層的94分鐘內(nèi)，將探測數(shù)據(jù)及時不斷地發(fā)送給軌道艙，再由后者轉(zhuǎn)發(fā)回地球，地面測控站才收到了金星大氣溫度、壓力和組成成分的測量數(shù)據(jù)資料，并傳送給飛行控制中心。這是人類繼“水手”2號之后又獲得的一批對金星氣體進(jìn)行的實(shí)地考察資料。在登陸艙距離金星表面24.96千米時，信號停止發(fā)射，估計是它被金星的高氣壓壓扁而損毀，無法工作了?！敖鹦恰?號登陸艙雖未能實(shí)現(xiàn)安全著陸即摔傷在金星表面，但卻獲得了寶貴的探測數(shù)據(jù)，并經(jīng)軌道艙發(fā)回地球，使人類對金星有了更新的認(rèn)識，其功勛卓著。鑒于其距離金星表面不到25千米才停止工作，故而也有資料說：登陸艙對金星大氣參數(shù)做了測量，然后硬著陸于金星表面。

根據(jù)“金星”4號的探測結(jié)果表明，金星大氣的組成主要是二氧化碳、幾個百分點(diǎn)的氮?dú)庖约安坏桨俜种坏难鯕猓涣硗?，外層大氣含很少的氫氣且沒有氧氣；金星僅擁有微弱磁場而且沒有輻射帶，最重要的是金星表面溫度極高，大氣層既厚重又濃密。簡而言之，根據(jù)“金星”4號的探測，金星表面異常灼熱，大氣主要成分是二氧化碳，金星沒有磁場和輻射帶。這就是它探測金星取得的主要科學(xué)成就。不言而喻，“金星”4號成功探測金星，對蘇聯(lián)發(fā)射多個航天器探測金星起到了承前啟后的作用。

歐空局“金星快車”探測器

日本“黎明”號金星探測器

對金星的探測還在繼續(xù)

在蘇聯(lián)發(fā)射金星探測器的同時，美國也于1962―1989年共向金星發(fā)射了7個探測器，有6個獲得成功。它們中有的是從金星旁邊飛掠而過，對金星大氣作了測量或攝像；有的成為金星的人造衛(wèi)星，對其大氣進(jìn)行觀測，并用雷達(dá)測繪了金星表面地形圖；有的釋放探測器著陸金星表面開展工作。第7個“麥哲倫”號探測器，直至最后進(jìn)入金星濃密大氣層燒毀，累計共繞金星飛行15018圈，開展探測工作4年2個月零2天，對金星99%的地貌全景進(jìn)行了測繪。就傳回地球的數(shù)據(jù)而言，它比以前所有探測器的綜合還要多。歐空局和日本分別于2005年11月9日和2010年5月21日發(fā)射了名為“金星快車”和“黎明”號的金星探測器。

自20世紀(jì)60年代以來，蘇聯(lián)、美國、歐空局和日本已向金星共發(fā)射了32個航天器，其中23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。成功者都對金星進(jìn)行了探測，并獲得了大量數(shù)據(jù)資料，推動了科學(xué)家們對金星的研究工作，看到了金星的大體面目，主要是認(rèn)識了金星的溫室效應(yīng)、奇特大氣、地質(zhì)地貌等情況。

科學(xué)家們認(rèn)為，通過對金星的研究，可弄清金星進(jìn)化過程，這對預(yù)測地球的未來發(fā)展和演變具有重要的意義。