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“维加”计划:江河日下时代的伟大壮举,苏联人也不白给

 轻风无意 2019-11-22
“维加”计划:江河日下时代的伟大壮举,苏联人也不白给

【代号名称】“维加”计划

【英文名称】Vega Program(西里尔语:Вега)

【发起者】苏联

【密级】无

【行动时间】1986年

【目的】探测金星,并同时观测哈雷彗星的任务

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“维加”计划示意图

【背景】

哈雷彗星,是一颗在太阳系内马不停蹄、日夜奔袭的彗星。受太阳系各种引力的达成的平衡的制约,在太阳系内沿着一条稳固的轨道,每76.1年环绕太阳一周。哈雷彗星是唯一能用裸眼直接从地球看见的短周期彗星,也是人一生中唯一以裸眼可能看见两次的彗星。

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美国“深度撞击”号航天器2010年拍摄的哈雷彗星彗核照片

哈雷彗星是人类首颗有记录的周期彗星,最迟在公元前240年,或西元前466年,在古中国、古巴比伦和中世纪的欧洲都有这颗彗星出现的清楚纪录,但是当时并不知道这是同一颗彗星的再出现。

据中国天文学家朱文鑫考证:自秦始皇七年(公元前240年)至清宣统二年(1910年)共有29次记录,并符合计算结果。换句话说,这颗彗星的发现权,实际是归属中国先人的。

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有观点认为,武王伐纣时的天象,恰巧就是哈雷彗星

因英国物理学家爱德蒙·哈雷首先测定其轨道数据并成功预言回归时间,这颗本来飘忽不定的彗星终于有了归属——我们得承认,利用数学可以解决这个问题,但中国人当时真的就没有这个能力。

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爱德蒙·哈雷

太阳系登记在册的彗星很多,并且其它能以裸眼看见的彗星可能会更壮观和更美丽,但那些都是数千年才会出现一次的彗星。哈雷彗星上一次回归是在1986年,而下一次回归将在2061年中,过近日点时间为2061年7月28日。

这些观测支持一些长期以来有关彗星结构的假设,特别是弗雷德·惠普的"脏雪球"模型,正确的推测哈雷彗星是挥发性冰——像是水、二氧化碳、和氨-和尘埃的混合物。这个任务提供的资料还大幅改革和重新配置这些材料的想法。例如,理解哈雷彗星的表面主要是布满尘土的,没有挥发性物质,并且只有一小部分是冰。“猎户座流星雨”是由著名的哈雷彗星造成的。

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哈雷76年一圈的轨道,可以看到,彗尾与太阳始终是背向

而1986年的宇宙飞船,就是本次的主题——“维加”计划的核心。

“维加”计划中的“维加”1号和“维加”2号是两个相同的姊妹探测器,由先前“金星”计划(Venera Program)的探测器发展而来。探测器是在巴贝金太空中心设计,两个探测器的设计是基于“金星”9号和“金星”10号,制造在苏联拉沃契金设计局位于希姆基的工厂,原始型号为5VK。

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苏联希姆基

至1984年12月止,参加“维加”探测计划的其他国家有奥地利、保加利亚、匈牙利、东德、波兰、捷克斯洛伐克、法国和西德。

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“金星”9号

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“金星”10号

探测器的动力来源是两个大型太阳能板,仪器则包含碟型天线、照相机、光谱仪、红外线探测器、磁强计、等离子探测器。探测器重量4920千克,两台探测器都是三轴稳定的太空探测器,并且都装备了一对在探测哈雷彗星时防止来自彗星的尘埃撞击的屏蔽物。荷载包括:

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  1. 摄影系统

  2. 红外线光谱仪

  3. 紫外线、可见光、红外线摄影光谱仪

  4. 屏壁穿透探测器

  5. 尘埃探测器

  6. 尘埃质谱仪

  7. 中性气体质谱仪

  8. APV-V等离子能量分析仪

  9. 高能粒子分析仪

  10. 磁强计

  11. 电波与等离子分析仪

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光谱仪

美国于1981年取消哈雷彗星探测任务后,“维加”计划是较晚进行变更以飞掠哈雷彗星的任务。而“金星”计划的较晚期任务被取消,“维加”1号的金星探测部分也减少。

“维加”计划因此重新设计了双重任务,“维加”探测器成为“哈雷舰队”(Halley Armada)的一部分,“哈雷舰队”是一组太空探测器,在1985-1986年的近日点研究哈雷彗星。

“维加”计划的加入,无疑使“哈雷舰队”更加强大。

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【行动经过】

1984年12月15日和21日,“维加”计划的两个探测器以“质子”号运载火箭系列的8K82K型号在拜科努尔航天发射场分别发射升空,成功踏上远征之路。

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哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场

“维加”计划分成探测金星与飞掠哈雷彗星两个部分。

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“维加”计划的太阳系探测器和登陆艇模型

“维加”1号于1985年6月11日到达金星,2号稍后于6月15日到达。两个探测器都释放了一个重量1500千克、直径240厘米的球体降落单元。该单元在进入大气层之前数日被释放,并且进入大气层时没有明显的倾角变化。降落单元内有一个登陆艇和一个探测气球。“维加”计划的登陆艇和先前执行的5次“金星”计划的登陆艇一样,是研究金星的大气层与表面,而每个登陆艇都有可量测金星表面温度计、压力计、紫外线光谱仪、水浓度仪、气相色谱仪、X射线光谱仪、质谱仪和一个取样设备。

“维加”1号的登陆艇仪器在距离金星表面20千米处不受控制启动,但因为金星强风造成登陆艇摇动而没有传回任何资料。最后降落在7.5°N、177.7°E的地点。

“维加”2号登陆艇于1985年6月15日03:00:50(美国东部时间)在“阿佛洛狄忒登陆点”着陆,座标8.5°S、164.5°E。

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“阿佛洛狄忒登陆点”

登陆地点的标高比金星半径高100米,气压量测值是91大气压,表面温度736K,在采集的样本中有斜长岩-橄长岩。

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斜长岩

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橄长岩

荷载仪器包括:

  • “复杂气象局”T,P感应器

  • 西格玛-3气相色谱仪

  • LSA粒子粒径谱仪

  • IFP气溶胶分析仪

  • VM-4湿度计

  • ISAV-A能见度仪/散射仪

  • 马拉基特-V质谱仪

  • ISAV-S紫外线光谱仪

  • GZUVB-02钻孔仪+BDRP-AM25土壤X射线萤光光谱仪

  • GS-15-STsV伽马射线光谱仪

  • PrOP-V贯入仪

  • MSB小型太阳能电池

“维加”2号在金星表面传送资料持续56分钟。

这两颗气球的设计是在金星表面54千米处漂浮,这是金星云系统活动最剧烈的部分。气球上的电池让金星上的仪器足以运作60小时以量测温度、压力、风速和气溶胶密度。“维加”1号和2号的气球在进入大气层超过46小时后传回最后的讯号。计划中使用的气球是使用氦的球型超高压型,直径3.54米。气球的吊篮组装重量6.9千克,长度1.3米,并以13米长的系绳和气球连接,总重量21千克。

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登录器携带的气球

吊篮组件的上半部是被一个直径37厘米高和13厘米宽的锥形天线基座覆盖,天线下方是一个包含电波发射器和系统控制电子装置模组,而下半部则有酬载仪器和电池。气球所携带的仪器包含:

  • 一个包含薄膜电阻式温度计和风速计的机械手臂。风速计包含一个自由旋转的塑胶螺旋桨,并且转速是由LED-光度感应器光遮断器测定。

  • 一个包含PIN二极管光度感应器和振动石英棒压力传感器的模组。

  • 一个包含电池和借由光反射量测云密度的能见度仪的模组。

气球上的小型低功率电波发射器每秒只能传送2048位元资料,虽然在传送前已经进行压缩让资料在窄带宽中能更大量传送。尽管如此,大部分的仪器仍然每75秒就进行一次量测。而这两颗气球被地球上的20个电波望远镜追踪,这些望远镜由苏联科学院和法国国家太空研究中心操作。

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气球在金星大气中飘荡

两颗气球被投入金星的夜半球,并且在距离表面约50千米高处运作,接着这两颗气球上生了数千米到平衡高度。在该高度的气压和温度都与地球表面相当,虽然风速与地球飓风的风速相若,而且大气成分主要是二氧化碳并带有硫酸,并还有更少量的盐酸和氢氟酸。

这两颗气球从金星的夜半球移动到日半球,电池内的电耗尽后与地球失去连络。对气球的追踪发现了令人惊讶的垂直分量运动,显示之前的探测任务没有发现金星大气层内气体质量垂直运动。

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1985年苏联发行的“维加”计划纪念邮票小型张,其中有“维加”1号、哈雷彗星和国际宇宙计划任务徽章

在探测金星任务以后,“维加”计划的飞掠探测器经由金星的重力转换至与哈雷彗星相遇的轨道,执行哈雷彗星任务。

“维加”1号于1986年3月6日以8890千米的最近距离飞掠哈雷彗星的彗核,而“维加”2号则在3月9日以8030千米最近距离飞掠。哈雷彗星彗核探测的密集资料只在最接近彗核前后总共3小时内。这些资料和彗核的各项物理参数有关,例如体积、形状、温度和表面状态,另外也可以对彗发的结构与动力学进行研究,以及靠近彗核的气体成分、尘埃成分,与距离彗核相关的尘埃质量分布,和彗星与太阳风的交互作用。

“维加”1号和2号总共传回约1500张哈雷彗星影像,在接近哈雷彗星以后探测器曾经中断运作数星期。

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“维加”登陆地点的位置。 红点表示从表面返回图像的位置,表面样本分析的黑色中心点位置

【后续】

而随着世事的变迁,苏联的综合国力日益下降,已经越来越难以支撑这种虚无行动的代价。于是,再次登程的机会遥遥无期了。

“维加”1号和2号目前还在日心轨道,自由自在地享受着引力的桎楛。

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【关联性】

“维加”计划属于天体探索行动计划,原计划仅包含“维加”1号、“维加”2号两个子计划。而后,根据各国合作因素及其它原因,陆续与“金星”计划(Venera Program,也译作“维特拉”计划)、“金星先驱者”计划(Pioneer Venus Orbiter)、“哈雷舰队”计划等产生了相互关联——科学研究,贵在资源共享,这是造福全人类的巨大好事。


关于“哈雷舰队”计划,“历史脉动”将在近期以一个专辑的方式退出,欢迎对此感兴趣的及时关注本头条号。

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【影响】

对于金星与彗星的科学探索,是人类好奇心使然,研究得多当然好,没有也没什么。不过,在冷战已经趋近结束的时代,苏联的国力已经江河日下了,但它仍然愿意追求这种没有踪影的世界,哦们不得不佩服。看看当今的俄罗斯,除了维护“格洛纳斯”及军事卫星以外,那些千辛万苦得到的“维加”成果,又有什么实际意义?金星上有什么样的矿物、贵金属,对于地球人而言,仍然是镜花水月。

但是,正因为对科学事业的不懈追求,才使得现在回忆苏联起来,才有足够令人尊重的谈资。

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【评论】

“维加”计划,是人类宇宙飞船第一次详细观察的哈雷彗星的行动。而哈雷彗星也成为第一颗被人类几乎零距离观察彗核结构与彗发和彗尾形成机制的资料的彗星。对于这个76年一见的天体而言,人类的机会很多,而个人的机会或许仅仅一次,甚至一次都没有。但是抓住了这个机会,对人类意义最大,个人反而无关紧要。

“维加”计划是苏联的一次雄伟的天体探索行动,也是最后一次这种类型的行动。这种行动计划,在当时仅有美苏才有资格,这也是大国的标志性领地。

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【相关资料】

探测器上的电视播放系统是由苏联、匈牙利、法国和捷克斯洛伐克的科学家和工程师合作研发。取得的资料由包含来自苏联、匈牙利、法国、东德和美国的科学家进行处理。

资料取得和处理的基础步骤则是由俄罗斯太空研究所以基于PDP-11/40相容的影像处理电脑系统进行。

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【代号说明】

“维加”,虽然自身没有任何含义,但它有自己的身世与来历。

自1981年取消美国哈雷任务后,哈雷彗星的飞越是“维特拉”计划中的一项延迟任务变更。后来的“维特拉”任务被取消,“维加”1号任务的金星部分减少了。因此,本计划被指定为VeGa,一种是Venera(金星)和Gallei(哈雷)的英文缩写(而俄语分别是Венера和Галлея,对应英语中的“Venus”和“Halley”),“VeGa”变成“Vega”,因此该计划也被称为“金星-哈雷”计划。

部分中文资料将该计划翻译为“织女星座”计划(Vega),实为错误。


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