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人類探索宇宙“大戲”今天上演

  • 發佈時間:2014-11-12 02:31:25  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  滴答……滴答……歐洲空間管理局官網“羅塞塔”項目主頁上,登陸67P/楚留莫夫-格拉希門克(67P/CG)彗星的倒計時正在逼近於“0”。

  歐空局發佈消息稱,2014年11月12日下午4點35分(北京時間),羅塞塔飛行器將在彗星上空22.5公里處,投放著陸器“菲萊”,當晚10點左右,確認“菲萊”著陸成功與否、狀態如何的資訊,將帶著“宇宙公民”地球人的期待,傳回地面控制中心。

  在羅塞塔“腹內”寄居了10年的“菲萊”,現在,正等待“出征”的那一聲號角。

  10年前,懷揣美好願望的人類,向太空發射了“羅塞塔”號彗星探測器;10年來,“羅塞塔”身負重任隻身遨遊太空;10年後,著陸彗星將成為現實。

  讓我們一同回顧並走近這個偉大的人類宇宙探測項目——

  羅塞塔任務:追逐彗星沒商量

  彗星,被認為是宇宙大廈的最原始基石,它們從太陽系混沌的46億年曆史中倖存下來。因含有冰和有機材料,彗星被認為向地球“播種”了水甚至生命元素。

  歐空局的“羅塞塔項目”,就是通過詳細地研究這種冰冷的“寶箱”,期望“解開太陽系進化的奧秘”。

  羅塞塔任務第一次被提出是在上世紀末,1993年獲得了歐洲空間管理局科學規劃委員會的支援,最初鎖定的目標是46P/沃塔南彗星,但在確定於2004年發射探測器的同時,將目標修改為1969年被發現的木星族週期性彗星67P/CG。

  2004年3月2日,羅塞塔探測器搭乘“阿麗亞娜號”火箭,從法屬蓋亞那庫魯港升空,于2011年6月到達深空後進入蟄伏期。

  今年1月20日,沉睡的羅塞塔被喚醒,8月4日到達該彗星軌道。從發射伊始算起,10年的太陽系旅程接近任務終點。

  “三多”運作:系統多、任務多、參與者多

  如此長時間的飛行和艱巨的探測任務,離不開綜合科學技術體系的全面協作和系統支撐。

  位於德國達姆施塔特的“歐洲空間運作中心”為羅塞塔提供了“運作控制中心”,它通過設在新諾爾恰的35米地面平臺來控制飛行器,通過位於庫魯的15米地面平臺對飛行器激活期、早期調試和近地階段提供支援。

  “羅塞塔地面監控系統”則在所有任務階段檢測和控制飛行器和載荷儀器提供,同時接收、存檔並分配載荷儀器的數據。具體來説,該大系統包含四個分系統:

  ——對羅塞塔飛行器進行全程遙測、遙控和跟蹤操作地面站和通信網路系統;

  ——包括任務控制、數據分配、命令處理、飛行動力學和飛行器模擬器在內的羅塞塔任務運作中心;

  ——提供科學任務規劃支援的地面科學部分;

  ——提供數據測試、數據檢索、命令匯總等服務的通用通信系統。

  值得一提的是,在羅塞塔執行任務的某些階段,地面和飛行器之間的資訊往來時長能達到100分鐘,因此,它要有一定程度的自治能力,在發生異常現象時,能在短時間內自動糾錯。此外,在一些計劃內的通信暫停期,比如在2011年6月8日到2014年1月20日期間,羅塞塔需要進入資源節約模式即深空休眠期。這些特殊的要求,為地面監控系統帶來一系列挑戰。

  太空科學任務的運作是個系統工程。雖然對飛行器本身的控制,執行的是歐空局綜合運作機制,但其荷載科學儀器的操控和運作,則由研發團隊負責——飛行器的搭載設備包括11個軌道儀器和10個著陸儀器,團隊分別來自德國、法國、英國、義大利、匈牙利、瑞士、瑞典、芬蘭、美國和澳大利亞等國。

  與此同時,載荷運作策略的主要工作由“羅塞塔科學工作項目組”負責協調,而羅塞塔科學地面部分為科學項目提供所需技術支撐。

  在工程技術方面,各支撐系統和飛行器及設備裝置的工程承包商,由來自歐洲14國和美國的50余家專業機構組成,這些機構負責生産、安裝、調試和維護所有與任務相關的硬體和軟體,為實現科學目標提供了最基礎和最有效的保證。

  目標“高”“遠”:今年著陸、明年伴飛

  在追逐、入軌環繞飛行和“觸摸”彗星的各類構想中,“羅塞塔任務”的總體目標可謂既“高”又“遠”。

  這裡的“目標”,首先指羅塞塔追逐的、公轉週期為6.55年的67P/CG彗星。一般而言,繞日週期在3—10年、遠日點在木星軌道附近的彗星統稱“木星族週期性彗星”,它與著名的哈雷彗星同屬“短週期彗星”,而公轉週期在200年以上的均被稱為“長週期彗星”。

  説這個“目標”比較“遠”,一是因為其軌道呈巨大的橢圓形,近日點距離太陽1.86億公里,遠日點則距離太陽8.497億公里,二是羅塞塔的10年太空之旅飛行距離超過65億公里,三是地球和羅塞塔之間的距離很遠,單程通信所需時間長達28分鐘20秒。

  説這個“目標”比較“高”,是因為要達到這個目標,需要有效測量以下科學數據:

  ——彗核的全面特性,包括動態性能測定、表面形貌和成分;

  ——測定彗核揮發物和耐火物質的化學成分、礦物質和同位素組成;

  ——測定彗核揮發物和耐火物質的物理屬性和相互聯繫;

  ——研究彗核表層及慧發內部的彗星活動和發展過程;

  ——小行星的全面特徵,包括動態特性測定和表面形貌及成分。

  10年間,羅塞塔經過三次地球重力和一次火星重力的作用,最終被“甩”到深空,在沉睡三年後被“喚醒”,即將登臨彗星的“菲萊”著陸器,會攜帶10種探測儀器,對上述科學目標逐一或並行開展數據和樣本的採集與分析。

  更讓人期待的是,“菲萊”著陸器和羅塞塔飛行器將伴隨這顆彗星繼續公轉,在2015年8月到達近日點附近繼續考察彗星的變化全過程。

  2015年12月31日,羅塞塔項目全部任務結束。

  著陸地點:十中選一、只為“菲萊”

  羅塞塔項目因為時間長、目標小等因素,被稱為史上“最科幻”的探測項目,這部長達七個小時的“科幻大片”將迎來尖峰時刻——“菲萊”軟著陸。

  如果成功,前面的長途跋涉才有意義,後面的數據採集才開天闢地。一旦失敗,雖然也積累了部分科學經驗,但終是前功盡棄。

  科學家必先搞清楚“在哪兒”著陸。根據7月份“羅塞塔”發回的最新圖像顯示,這顆彗星大小約為3.5×4公里,其彗核竟是由兩個連接在一起的部分組成,有點像我們熟悉的“大黃鴨”。

  經過六周短暫卻嚴謹的數據採集、篩選、對比,“著陸選址小組”從初選的10個地點中,先確定了5個“更有可能”的位置,最終歐空局于10月中旬宣佈,選定大黃鴨“頭部”的一個被命名為“AGILKIA”的著陸地點,該區域在彗星表面的海拔為0.5米到3.6米之間。

  “AGILKIA”之所以能脫穎而出,需要滿足以下條件:不僅要在物理層面上達到著陸“安全”標準,還要能夠協調羅塞塔和“菲萊”之間的通信所需和太陽能供給,更要滿足到所攜帶科學儀器的工作條件。

  萬事俱備,只欠東風。一切有關投放“菲萊”的系列指令,將在最後幾個小時從地球傳給羅塞塔,然後,當倒計時歸零,“科幻大片”會如期閃亮登場。

  如果著陸成功,2015年年末全部任務結束之時,所獲得的全過程各類數據,將一併納入人類太空探索的知識寶庫。

  此時此刻,羅塞塔的一舉一動牽動著熱愛宇宙的地球公民的神經,而每個光輝時刻的來臨,在折射人類探索未知的智慧和勇氣之時,也考驗同一時代科學和技術的成就,或許可能還需要遠在星辰之外的運氣。

  (科技日報北京11月11日電)

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