圖解深空探測史

文/葉楠

金星探測（上）

金星是太陽系八大行星中距離太陽第二近的大行星，也是公轉(zhuǎn)軌道距離地球最近的一顆。它的質(zhì)量、體積均與地球相仿，所以經(jīng)常被稱為地球的姊妹星。上世紀(jì)60年代初，蘇美兩國在太陽系探測領(lǐng)域的競爭并不僅僅局限于月球，還同時將目光瞄向了金星。迄今為止的半個多世紀(jì)里，只有蘇聯(lián)、美國、歐空局和日本的探測器發(fā)向金星。

金星1號：首次飛掠金星

1961年2月12日，蘇聯(lián)閃電號運(yùn)載火箭搭載著金星1號探測器從拜科努爾發(fā)射場升空。經(jīng)過10天的飛行，“金星1號”已經(jīng)距離地球320萬公里，但此時卻失去了它的訊號。據(jù)推測，1961年5月19日至20日期間，“金星1號”在距離金星10萬公里處飛掠而過，但無法得到它的探測結(jié)果，之后成為了一顆繞日公轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星。

盡管“金星1號”此次探測金星未果，但在天文學(xué)領(lǐng)域還是有些重要發(fā)現(xiàn)，如在距離地球190萬公里處對太陽風(fēng)和宇宙線的探測，證實這種等離子體均勻地分布在地球附近空間中。

水手2號：傳回金星的數(shù)據(jù)

美國的水手1號金星探測器于1962年7月22日發(fā)射，但起飛后294.5秒，因制導(dǎo)系統(tǒng)故障，不得不自毀。

一個月后的8月27日，美國第二個金星探測器水手2號，搭乘宇宙神-愛琴娜火箭發(fā)射升空。它攜帶了微波輻射計、磁力計、宇宙線探測器等科學(xué)儀器。12月14日，歷經(jīng)108天、2億9千萬公里的長途飛行之后，“水手2號”從距金星34000公里處飛掠而過，并拍攝了金星的紅外及微波波段圖像。天文學(xué)家根據(jù)數(shù)據(jù)分析出金星表面覆蓋著厚達(dá)60公里的二氧化碳大氣層，由此帶來的溫室效應(yīng)使得金星表面的溫度高達(dá)500℃。

金星3號：首次著陸金星

1965年11月16日，蘇聯(lián)的金星3號探測器（左圖）發(fā)射升空，發(fā)射質(zhì)量960千克，包括空間飛行器和著陸器兩部分，安裝了磁力計、宇宙線探測器、太陽風(fēng)探測器等科學(xué)儀器，還攜帶了一枚印有蘇聯(lián)國徽及此次任務(wù)標(biāo)志的硬幣（右圖）。經(jīng)過3個半月的飛行，1966年3月1日，“金星3號”重達(dá)377千克的著陸器通過降落傘登陸金星表面，成為第一個抵達(dá)其他大行星表面的人造物體。遺憾的是其攜帶的通訊系統(tǒng)在2月16日就已經(jīng)出現(xiàn)故障無法使用，所以未能傳回此次“親密接觸”的信息。

金星4號：首次傳回金星大氣信息

蘇聯(lián)金星4號探測器重達(dá)1106千克，攜帶的科研儀器包括三軸磁強(qiáng)計、宇宙線檢測器、離子探測器、光譜儀等。著陸器直徑1米、重383千克，配置了6臺科學(xué)儀器，主降落傘面積達(dá)到55平方米，能夠承受450℃的高溫?！敖鹦?號”于1967年6月12日發(fā)射，10月18日進(jìn)入金星大氣層，距離金星表面26公里時開始采集數(shù)據(jù)，一共向地球傳輸了94分鐘的數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，在此過程中金星大氣溫度從25℃上升到270℃、大氣壓力從50千帕上升到1800千帕，高于著陸器所能承受的最大壓力，因此著陸器未能登陸金星。根據(jù)“金星4號”采集的兩份氣體樣品研究顯示，金星大氣主要由二氧化碳構(gòu)成。圖為金星4號紀(jì)念幣。

水手5號：競爭與合作

“金星4號”發(fā)射后不到兩天，美國于1967年6月14日發(fā)射了水手5號金星探測器，僅比“金星4號”晚一天抵達(dá)金星附近?！八?號”以飛掠的方式對金星進(jìn)行探測，最近距離只有4000公里。通過測量得到金星的質(zhì)量為地球的81.5%，磁場強(qiáng)度上限為地球的0.2%，另外，還在金星附近發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)弓形激波。

1968年3月，美國和蘇聯(lián)的天文學(xué)家聚集在美國基特峰天文臺，召開第二屆行星大氣會議，共享了研究成果，并在會上達(dá)成共識：尚沒有探測器成功探測到金星表面數(shù)據(jù)，也沒有成功測量出金星的半徑。

金星7號：首次測出金星表面環(huán)境數(shù)據(jù)

“金星4號”的成功大大鼓舞了蘇聯(lián)航天人的士氣，在對設(shè)備儀器進(jìn)行了改進(jìn)后，1969年連續(xù)成功發(fā)射了“金星5號”和“金星6號”，對金星大氣的氣壓、溫度，以及金星磁場等進(jìn)行了更精確的測量。

1970年8月17日，加強(qiáng)了抗熱及抗壓能力的金星7號探測器升空。12月15日，“金星7號”以每秒11.5公里的速度進(jìn)入金星大氣，著陸器減速時的過載達(dá)到350g，防熱罩承受溫度達(dá)到11000℃。在距離金星表面60公里時，速度降低到每秒200米，此時降落傘打開，探測設(shè)備開始采集數(shù)據(jù)。但在距離金星表面20公里高度時，降落傘開始熔化，進(jìn)入過程持續(xù)35分鐘后探測器突然靜默，短于最初設(shè)計的60分鐘。之后經(jīng)過2個月的遙測分析，證實探測器在撞擊金星表面后又發(fā)射了22分58秒的信號。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，金星表面溫度為475℃，大氣壓力為9至10.5兆帕。這是人類首次得到金星表面環(huán)境的直接測量數(shù)據(jù)。圖為“金星7號”的著陸器。

金星9號：第一張金星表面照片

1975年6月8日，蘇聯(lián)用質(zhì)子號火箭發(fā)射了金星9號探測器。探測器高6.7米、重約5000千克，直徑1米的球形著陸器安置在頂部直徑為2.4米的球形艙內(nèi)。10月22日，“金星9號”進(jìn)入金星軌道，成為金星的第一顆人造衛(wèi)星，同一天，著陸器進(jìn)入金星大氣層，經(jīng)過75分鐘的下降，成功降落在北緯31.01°、東經(jīng)291.64°地區(qū)。著陸器攜帶有兩臺相機(jī)，傳回了第一張金星表面照片，但有一臺相機(jī)蓋未能成功打開，原計劃360°的全景照片只能傳回一半（180°）。圖為“金星9號”拍攝的金星表面。

金星11號與金星12號：金星上閃電頻發(fā)

蘇聯(lián)金星11、12號探測器分別于1978年9月9日和14日用質(zhì)子號火箭發(fā)射升空。兩個探測器均重4940千克，裝有相同的科學(xué)儀器，包括伽瑪射線光譜儀、紫外光柵單色儀、電子和質(zhì)子光譜儀、伽瑪射線爆發(fā)探測器，此外，還安裝了太陽風(fēng)離子探測器和兩個頻率變送器，用來研究太陽風(fēng)的成分、伽瑪射線爆發(fā)、紫外線輻射以及金星電離層的電子密度。

金星11、12號的著陸艙分別于1978年12月21日和25日在金星表面軟著陸，并且分別工作了110分鐘。特別是“金星12號”，在下降的過程中，探測到金星上空閃電頻發(fā)，僅在距離表面11公里下降到5公里的過程中就錄到1000次閃電，有一次閃電竟然持續(xù)了15分鐘！

先驅(qū)者金星計劃：美國的金星探測

1978年的金星探測窗口，美國和蘇聯(lián)各進(jìn)行了兩次發(fā)射。美國的先驅(qū)者金星計劃包括兩個金星探測器：先驅(qū)者金星1號、2號（也稱先驅(qū)者12號、13號）。

先驅(qū)者金星1號（左圖）是一個環(huán)繞金星飛行的探測器，于1978年5月20日發(fā)射升空，12月4日進(jìn)入金星環(huán)繞軌道，拍攝了金星的紫外圖像（右圖）。“先驅(qū)者金星1號”在軌時間長達(dá)14年，直至1992年10月8日推進(jìn)劑耗盡，于10月22日墜入金星大氣層。

“先驅(qū)者金星2號”發(fā)射于1978年8月8日，它所執(zhí)行的是金星大氣進(jìn)入任務(wù)，共攜帶了一大三小共四臺探測器。12月9日，“先驅(qū)者金星2號”進(jìn)入金星大氣層，此次任務(wù)旨在大氣層降落階段收集數(shù)據(jù)，并沒有攜帶照相設(shè)備，也沒有設(shè)計軟著陸設(shè)施，盡管如此，竟然還有一臺探測器在著陸后“存活”并傳回數(shù)據(jù)。

金星15號與金星16號：首次金星高分辨率雷達(dá)測繪

蘇聯(lián)的金星探測計劃從1961年持續(xù)到1983年，早期發(fā)射成功率并不高，但從1975年金星9號之后，直到最后的金星16號全部發(fā)射成功。

“金星15號”于1983年6月2日發(fā)射，10月10日抵達(dá)金星軌道?！敖鹦?6號”于1983年6月7日發(fā)射，10月11日抵達(dá)金星軌道，只比“金星15號”晚了一天。兩個探測器都以極地軌道繞金星公轉(zhuǎn)，軌道傾角92.5°，軌道周期24小時，近金點高度約1000公里，位于北緯62°區(qū)域。金星15號和16號在軌時間接近9個月，對金星北緯30°以北區(qū)域進(jìn)行了高精度的雷達(dá)測繪（如圖），約占金星表面積的25%。

維加計劃：從金星到哈雷彗星

維加計劃是蘇聯(lián)在上世紀(jì)80年代中期實施的對金星和哈雷彗星的探測任務(wù)，包括維加1號和2號兩個探測器。這項計劃的名稱“維加（Vega）”來自于俄語中金星（Venera）和哈雷（Gallei），因此也被稱為金星-哈雷計劃。

維加1號和2號分別發(fā)射于1984年12月15日和20日，并分別于1985年6月11日和15日抵達(dá)金星。兩個探測器分別釋放了著陸器和探測氣球。“維加1號”的著陸器在距離金星表面20公里處由于金星強(qiáng)風(fēng)的影響意外啟動，除了質(zhì)譜儀之外沒有接收到其他儀器發(fā)回的信號。維加2號著陸器成功著陸在南緯7.14°、東經(jīng)177.67°，位于金星阿芙洛狄忒臺地，測量發(fā)現(xiàn)這里表面的大氣壓強(qiáng)為是地球表面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的91倍，溫度為463℃。