环绕水星续一斯科特L默基小罗纳德J维瓦克布莱恩J安德森文虞骏译
(接续上一期)
2011年3月18日,信使号最终进入环绕水星的轨道,开始了为期一年的在轨探测任务。由于这颗行星公转速度较快并且靠近太阳,仅仅是抵达那里就绝非易事。
前往水星
坠入炼狱
人类之所以过了三十多年才重拾水手10号当年未竟的事业,原因之一就在于,抵达水星并在那里存活下来在技术上困难重重。一艘沿着最直接的路线从地球飞向水星的飞船,实际上相当于在太阳的引力场中坠落并被加速,抵达时速度会比水星的公转速度朵出每秒13公里,传统火箭发动机无法将飞船降到足够低速,使飞船被水星引力捕获而进入水星轨道。从能量的角度来说,水星比木星更加难以抵达,尽管木星在距离上要遥远得多。
为了减速,信使号飞掠了地球一次,飞掠金星两次,对水星本身则飞掠了三次。每次飞掠,飞船的动量就会有一部分被转移到行星上。这一过程与常被用来推进飞船前往带外行星(outer planet,指小行星带以外的木星、土星、天王星和海王星)的引力弹弓效应(gravitational slingshot effect)是一样的,只不过飞船的飞行轨迹经过设计,专门用来减速而非加速。经过长达6年半的一系列行星飞掠,信使号的降速幅度达到了每秒11公里。
信使号上的火箭主发动机将完成最后的减速任务。这艘飞船就像一个会飞的油箱,只有质量较轻、数量尽可能少的其他设备被装配在推进剂燃料箱(1)周围。信使号飞船发射时总质量为1100公斤,其中燃料就带了600公斤,超过自重的一半。
成功抵达只不过让我们笑到了一半。在水星附近,太阳比地球附近明亮11倍,水星表面的温度高得足以让金属锌熔化。信使号飞船躲在一把由陶瓷纤维编织而成的遮阳伞(2)下。当然,太阳能电池板(3)必须伸展到遮阳伞之外接受阳光照射。尽管这些电池板经过特殊设计可以在高温下运转,但我们还是不得不让电池板与阳光保持一个很大的倾角,让它们只吸收很少一部分阳光以避免过热。
科学设备则必须暴露在外。为了抵御炙烤,相机(4)被安置在400克石蜡之上。当飞船处在轨道较低处时,石蜡会融化并吸收热量;当飞船处在轨道较高处或者位于水星背阴面时,石蜡又会重新冻结以备下一次吸热。
还有另一项挑战,就是水星的自转速度极其缓慢。水星上的一个太阳日(solar day ,从日出到日出)相当于地球上的176天。在为期一个地球年的探测任务期间,水星上的许多地点只有很短一段时间处于飞船可以观测的理想角度。