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起源号将把太阳物质带回地球

发布日期:2004年05月13日字体: 【大】【中】【小】

    [必威登录平台网讯]  根据美国宇航局发布的新闻公报,起源号探测器已于4月1日顺利完成采集太阳风粒子的任务,正按计划返回地球。它俘获的珍稀“战利品”已被封存在返回舱内,预计将在5个月后到达科学家们手中。由于这是人类首次从比月球更远的地方搜集样品标本并将其带回地面进行研究,故而引起了人们的关注。

  起源号的探测使命
  2001年8月8日,耗资2.59亿美元研制的起源号探测器在佛罗里达州卡纳维拉尔角由德尔它2型运载火箭发射升空并进入太空预定轨道。它的任务是从遥远的天际收集微量太阳物质并将其带回地球,以供科学家们获得关于太阳和太阳系形成的重要信息,并从中分析太阳的组成成分和寻找行星诞生过程的线索。这也是将其命名为“起源号”的原因所在。

  航天科技人员从“起源”号肩负的使命出发,为其配备了太阳物质采样装置。该装置主要由高纯度的硅、锗、金和蓝宝石、金刚石等材料制成的一块块6边形采集板组成,能够俘获并保存太阳风中的粒子。同时,探测器上还携有直径为1.5米的样品舱(即返回舱),作为采样装置的存放场所和保护舱体。在航天器飞往工作地点和返回地球的过程中,采样装置都收存在样品舱中,以免受到损坏。

  按照原定计划,在地面指挥控制中心的配合下,起源号经过两个半月的太空飞行,于2001年10月下旬飞抵距离地球150万公里的第一拉格朗日点,并进入围绕该点的一条晕轨道运行。此时,它的采集装置从样品舱中伸出来,开始收集太阳风中的原子、离子和高能粒子样品。经过29个月的时间,其采样工作已于2004年4月1日正式结束,开始踏上返回地球的归程。从发射升空以来的运行和工作情况来看,“起源号”探测器的设备状态良好,技术性能稳定。

  探测器工作的晕轨道
    “起源号”探测器曾经工作的晕轨道是航天器进行深空探测的轨道之一。所谓晕轨道就是指航天器围绕平动点运动的轨迹。为了纪念法国数学家拉格朗日从理论上导出平动点的存在,该点又称为拉格朗日点。从地球上看,在晕轨道上运行的航天器呈现为环绕太阳或月球的视运动,犹如绕日的日晕或绕月的月晕,故而得名。

  现代航天中具有实际意义的晕轨道有两种。一种是环绕日地系统平动点运行的晕轨道。这个平动点又称为第一拉格朗日点,位于日地连线上,距地球150万公里。此点正好处于太阳引力与地月系统引力平衡的位置。如果航天器在这个平动点上,就可以同地球一起以相等的公转角速度围绕太阳运动,但当地面站天线对准航天器时太阳也在视场内,发给航天器的遥控指令和航天器发回的无线电信号都会受到太阳的干扰。正因如此,才让航天器在垂直日地连线的平面附近环绕平动点运行,这就是环日晕轨道。当航天器距离平动点9.2万公里时,基本上达到既能长期探测太阳又不受太阳干扰的目的。起源号就是在这一轨道上运行并开展收集太阳风粒子工作的。20世纪70年代,美国发射的“国际日地探险者”3号卫星,是第一个进入环绕太阳晕轨道运行的航天器。

  另一种是环绕地月系统平动点运行的晕轨道。这个平动点又称为第二拉格朗日点,位于地月连线的延长线上,距月球6.5万公里。如果航天器处在这个平动点上,就和月球一起以相等的角速度围绕地球运动,但却始终位于月球背后,从地球上无法见到其身影,不能进行通信联系。为了解决这个问题,才让航天器在与地月连线延长线垂直并通过平动点的平面上作圆周运动,这就是环月晕轨道。航天器与平动点的距离为3500公里时,环绕运动周期约为半个月,从地球上望去,随时都能看到它的芳容,这就解决了与其进行实时通信的困难。需要说明的是,在地月系统中还有另外的平动点,有的也存在晕轨道,如位于地球与月球之间的平动点亦有环月晕轨道,但无实用价值。

  在深空探测技术中,无论是选择环日晕轨道还是环月晕轨道,都要求航天器具有很强的轨道控制能力。这也是“起源号”的一个突出亮点。

  返回舱的再入和回收
  为起源号设计的返回轨道路线比它飞抵环日晕轨道的途径要长,所用时间也要长1倍。它于今年4月下旬进行了飞往地球的第一次变轨,在以后的飞行中,还要通过第二拉格朗日点逐步减速,预计9月8日探测器将释放返回舱,让后者再入地球大气层。随即返回舱靠空气阻力和适时张开的降落伞不断减低飞行速度,落向美国犹他州的预定地点。

  为了确保“起源号”返回舱盛放的采集样品不致因为地面冲撞而被污染和损坏,届时两架直升飞机将会展开惊心动魄的空气拦截行动,将利用巨大的吊钩在返回舱着陆前从空中将其拦住,装在飞机上运回地面。美国宇航局透露,承担这次特殊行动的将包括一名前军方飞行员、一名好莱坞职业特技飞行员和一名现役空军试飞员。由此可见,对其回收的重视程度,非同一般。

  目前,科学家们对来自“起源号”的样品充满了期待。这将是自1972年阿波罗17号载人飞船登月之后,美国宇航局采集到的第一批太空样品。由于“起源号”的工作轨道远在地球磁层6万公里之外,没有磁环境的干扰,完全避免了地球磁场对太阳风粒子的污染,故而显得这些样品格外宝贵。虽然估计采集到的所有样品的重量仅相当于10粒盐,但足以供科学家们做一个世纪的分析研究。起源号项目首席科学家伯内特说,借助这些分析数据,科学家们也许能够以前所未有的精度探明太阳究竟由哪些成分组成。

  这将使科学家们首次得以对融入太阳及其行星的原始星云物质的实际组成进行研究,并充实和完善相关的科学理论。(尹怀勤)



本文编辑:李迁

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