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空间科学-四年飞驰会爱神

  美国名为尼尔的无人探测器经过4年的太空飞驰,终于在2月14日西方情人节这一天成功地进入了环绕小行星厄洛斯运行的轨道,开始了为期1年的近距离观测研究活动,使太阳系家庭成员之一的小行星群中首次出现了一颗人造卫星。厄洛斯小行星亦称爱神星,得名于古希腊神话中的爱神厄洛斯。以前人类曾向太阳系的大行星发射了多个环绕运行的探测器,而向小行星发射环绕运行探测器还是第一次。因此,美国约翰·霍普金斯大学主持这一项目的主管罗伯特·法洛尔激动地说:“尼尔探测器是迄今成功进入小行星轨道的第一个航天器,我们今天在创造历史!”

长途跋涉

  这个航天探测器亦称小型无人驾驶宇宙飞船,取名尼尔(NEAR),意即近地小行星约会。它属美国宇航局所有,而由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室和康奈尔大学喷气推进实验室合作研制,整个项目造价2.24亿美元。重量为0.8吨的尼尔航天探测器携有磁力计、激光测量仪、多光谱摄像机、光谱仪和无线电追踪系统共5个主要科学设备。尼尔飞船于1996年2月17日被德尔塔2型运载火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角航天中心发射升空后,即踏上了奔向爱神星的旅程。它在太空的长途跋涉中,由美国喷气推进实验室负责远程控制工作。飞船的任务是对爱神星的物理性质和化学构成进行观测和考察,以帮助人类了解近地小行星的运动规律,加深对包括地球在内的大行星诞生的认识,并为防止小行星与地球相撞提供借鉴和积累经验。

  爱神星于1898年被德法两国天文学家发现,是公认为有可能接近甚至撞击地球的约为800颗小行星中的一个,并且大小排行第二。由于它上面可能尚存太阳系的原始物质,对其观测有助于进一步获取地球和其他行星形成过程的线索,故而其研究价值极大,被选作人类首次探测小行星的对象,列为近地小行星约会项目。

  作为探测目标,爱神星体积很小,因而探测难度较高,对尼尔飞船的控制精度要求较高。尼尔探测器在飞向爱神星的征途当中,先远离地球到达火星的轨道之外,于1997年6月27日与小行星马天尔达相望而过,并拍摄了对方的照片。从照片上可以清楚地看出这颗小行星的外貌景观。马天尔达直径约为59.2公里,质量为月球的1%左右,表面60%的部分布满了陨石坑。

  尼尔探测器主要靠太阳和地球的引力飞行,在必要时才点燃发动机调整速度和方位。按原计划,美国喷气推进实验室的专家应于1998年12月20日日遥控启动尼尔探测器携带的最大一台火箭发动机,使其作变轨飞行,并于1999年初首次从500公里左右的近距离观测爱神星,但在这关键时刻探测器却突然发生故障,一度与地面失去联系,打乱了原来的安排。所幸尼尔探测器在关闭27小时的突然故障,已将尼尔探测器开始环绕观测爱神星的时间推迟了1年,由原定的1999年初被延迟到今年初。

  在探测器启动“安全模式”恢复向地面发送数据后的1998年12月23日,它在距离爱神星处掠过,对该星进行了长达2.5小时的拍摄,获得了222张照片,还进行了其他方面的探测。这些宝贵的图像和数据都成功地传到了地面。从收到的信息可以看出,爱神星表面构成比较复杂。尼尔飞船探测结果表明:爱神星长33.8公里、宽12.9公里、高12.8公里,比原先地面观测结果略小一些,其密度接近于地球地壳的平均密度接近于地球地壳的平均密度。令人惊异的是,在体积这么小的星球上竟有两个明显的陨石坑,还有一条长长的表面山脊。爱神星同马天尔达都有陨石坑痕,这或许能为研究小行星的演化和天体推出提供新的线索。

探测使命

  从去年1月以来,尼尔飞船在追赶爱神星的长途奔波过程中,飞行还是比较顺利的。今年2月14日上午,美国东部时间10:33地面专家们遥控尼尔飞船携带的火箭发动机顺利点火,使其成功进入了环绕爱神星运行的轨道,终于达到了亲近的和观测该星的目的,创造了让美国科学家大为激动的一幕。目前尼尔飞船正在围绕爱神星飞行,其圆形轨道的高度为333公里。为了满足不同的探测要求,尼尔飞船与爱神星的距离将拉大到500公里,进入第三轨道运行,目的是方便地进行了表面观测。今年12月到明年初,尼尔飞船还将进入高度为0.49公里的第四轨道,这是探测器最接近目标的距离。然后,飞船将结束探测使命,降落在爱神星上,变成人类首次抛弃在小行星上的遗物。

  在持续近1年时间的环绕飞行中,尼尔飞船将利用自身携带的科学设备、采取遥感拍摄和参数测量两种手段对爱神星进行探测,这样不仅能获得周围空间、星球表面参数,还可探知表层以下一定深度的构造情况。在此期间,尼尔航天探测器将通过无线电波向地面发回关于爱神星的大小、形状、体积、地貌、质量、磁场、重力场、密度、表面成分、地质构成、旋转状态、宇宙线、太阳风等数据和照片,以供科学家认识爱神星的真实面目,帮助人类解开小行星的起源之谜,寻找防止小行星撞击威胁地球的办法。

  如果尼尔飞船在未来12个月对爱神星的环绕探测获得成功,美国宇航局下一步将使用降落装置在星体上进行直接探测,并把收集岩土样品等实物运回地球,供科学家们化验分析,以完全揭开小行星的神秘面纱。利用航天技术探测近地小行星的最终目的不仅是防止它们撞击地球伤害生灵,而且要开采其可能的矿产为人类所用;不仅要帮助人类深化对宇宙奥秘的认识,而且要为人类征服更大的天体积累技术经验。

摘自科学时报3月20日