  咱们上次讲完了伽利略号木星探测器。后续呢，美国和欧洲还发射了不少探测器，那种只有几百公斤重，连个照相机都不带的探测器，咱们就不聊了。咱们还是专门挑重要的探测器来讲。 1995年发射的SOHO太阳探测器还是很值得讲一讲的，这个家伙提供的观测资料可以说是奠定了现代太阳物理学的基石。这个探测器的全称叫做“太阳与日光层天文台”，简写就是SOHO。这东西是欧空局和NASA联合开发的，主要还是欧洲人担纲。欧洲人设计制造，用美国人的擎天神2号火箭发射，用美国的深空测控网络进行监视和管理。  SOHO探测器 这个探测器有三个科学目标：1.研究太阳的外大气层，也就是色球层、过渡区和日冕层；2.在L1点上观测太阳风和相关的现象；3.利用日震学观测太阳的内部结构。 没错，这个探测器会发射到第1拉格朗日点上。地球和太阳之间有5个拉格朗日点。L1是在地球和太阳连线上，对着太阳那一边，L2是在地球后边，背着太阳的那一边。L3是在地日连线太阳背后，L4和L5是在地球的公转轨道上，和太阳成等边三角形的位置。一共就这5个点。  L1、L2、L3都是坡顶，L4和L5是碗底，所以L4和L5天生就是稳定的，剩下3个点需要花很少一点能量，就可以维持平衡位置。著名的韦伯望远镜就是放在地球背后的L2点，SOHO既然是观测太阳的，必须放在阳面，也就是L1点上。L1和L2是距离地球最近的拉格朗日点了。大约只有150万公里，其他三个太远，不好操控。 既然要研究太阳大气，少不得要拍摄红外紫外多个波段的照片，为了研究日冕，就必须带上日冕仪，所谓的日冕仪，其实就是在相机的焦平面上放一个遮挡板，挡住中间的太阳，制造一个人造日食，这样就可以看到太阳周围，平常被光球层的光芒掩盖的高层大气了。通过这个日冕仪，科学家们可以观测到日冕物质抛射的图像。 但是，等到这个探测器发射上去以后，大家才发现，这个日冕仪居然可以发现彗星。没错，就是彗星。有些彗星在靠近太阳的时候，亮度急剧增加，而且表面被加热，会喷发出各种气体。 当然啦，彗星这玩意儿充其量也就是萤火虫的屁股，没多大点亮度。即便是亮度急剧上升，也依然会被淹没在太阳的光辉里。但是，SOHO不是带着日冕仪吗？不是会制造人造日食嘛，把大太阳给挡上，这些飞蛾扑火般的近距离彗星，就能被拍摄到。你别说，SOHO还真的拍摄到过撞进太阳的彗星。  两颗彗星同时飞进日冕层 因此，SOHO探测器意外的成了探测彗星的优秀工具。SOHO从150万公里之外，用40KB的速率把一张张照片发送回地球，这些照片都是公开的，有不少业余爱好者通过这些照片也能发现新的彗星。而且全世界的业余爱好者还互相较上劲了。他们发现的SOHO彗星比天文学家多得多。到现在被发现的足有好几千颗了。这些通过SOHO探测器被发现的彗星统称叫“SOHO彗星”。 为啥业余爱好者比科学家来劲呢？是天文学家的主要工作不是这个，那么天文学家的关注点在哪里呢？是研究太阳风暴。 最近几年都是太阳活动的高峰期，太阳隔三差五的就会大爆发，说白了就跟咳嗽和打喷嚏差不多。太阳咳嗽一声，那大量的高能带电粒子就喷出来了。这些喷发都跟太阳不稳定的磁层结构有关系。影响这些磁层结构的因素都埋藏在太阳的光辉表面之下。  2002年的日冕物质抛射（CME） 光球层是不透明的，太阳内部我们看不见，但是太阳会颤抖，会有日震。太阳表面会像个共鸣腔一样震动起来，这些震动可以透露太阳内部的活动情况，这也是SOHO的主要观测任务之一。SOHO的任务，就是研究太阳从内部到外部，各个圈层中的物理过程，为我们更深入的理解太阳这颗恒星、理解太阳风暴产生和发展的过程，提供观测数据。 任何航天器都是有寿命的，SOHO的预期工作时间是两年，因为维持轨道需要消耗一定的燃料，耗光了就维持不住了。会逐渐从拉格朗日点上飘走，变成环绕太阳公转的探测器。科学家们做了最保守的估计，能工作两年就足够值回造价了，多工作一天都是赚的。当然，探测器上的各种耗材按理说可以支持4年的工作。不过面对太空这么恶劣的环境，能撑多久其实是个未知数。 1998年的4月底，SOHO探测器已经完成了预定的任务。6月底，这个SOHO出事儿了。这个SOHO探测器既然要拍照片，自然需要3轴稳定。而且对3轴稳定的要求还很高。这个探测器是第一个使用陀螺仪来调整自身指向的探测器。15分钟内，指向太阳的角度不能偏离超过±10角秒。这是啥概念？转一圈是360度，1度分60份叫1角分，1角分再分60份叫1角秒。你说这个角度有多小吧。  SOHO探测器 SOHO探测器使用了3个飞轮来控制自身指向角度。随着机器设备的工作运转，时间长了误差总是会慢慢积累。误差积累大了，靠飞轮来调整就不够用了，必须开发动机调整一下。每次开发动机调整，需要花费48小时的时间，可是科学家们实在是不舍得48个小时不能观测。所以，SOHO的工程师们就重新编写了一个代码，可以把时间压缩到24小时。倒霉就倒在这上边，这段代码是有BUG的。没有经过完整测试，就这么上传到了探测器上。 就在1998年的6月24号，探测器开始执行新的程序了。这时候，三个飞轮都是要开机工作的，而且是满负荷工作。程序结束之后，飞轮A正确关机。飞轮B出幺蛾子了，按理说不该转了，结果这个飞轮B转起来没完了。这一下探测器的姿态全乱了。本来是眼珠不错的盯着太阳，这下倒好，找不着太阳了。整机进入了“紧急太阳再捕获状态”。 按理说，关掉飞轮B，切换到正常的飞轮A，就能解决问题，可惜程序出Bug了。根本就不听你的。最后，探测器彻底晕头转向，姿态完全紊乱。姿态一乱，天线不对着地球，那就完全联系不上了，探测器彻底丢了，这下麻烦大了。  戈达德太空中心鸟瞰 地面操控是由NASA下属的戈达德太空中心负责，可把他们吓坏了。欧空局也是火急火燎的，赶快派人飞到美国，一起商量解决方案。这还有救没救啊？双方调集精兵强将组成一支抢救队伍，开始拼命挽救这颗探测器。 首先是分析基本情况，探测器现在在哪里？还在L1点附近绕圈圈呢。要飘出L1点，大概还要几个月。L1点是固定的，即便是联系不上，也大致知道方向。电力足够吗？L1点阳光充足，晒太阳不成问题，但是太阳能板不知道对没对准，如果是在翻跟头，隔三差五还能照到光，暂时死不了。但是，太空不比地球，阳面能晒死，阴面能冻死，姿态不对，仪器会不会冻坏了？这可难说了。天线对着地球方向吗？并没有，通讯已经中断了。 理清了头绪以后，首先是找到这颗探测器，怎么找？拿雷达扫描？有那么大的雷达吗？150万公里哦。无线电信号发得过去吗？你别说，地球上还真有这么大的雷达，那就是大名鼎鼎的阿雷西博望远镜。没错，我们以前提到过，这个阿雷西博是可以发射无线电波的。  阿雷西博望远镜 首先是利用阿雷西博的雷达功能，找到了这颗探测器的具体位置。7月3号，地面人员真的找到了这个探测器，从回波的闪烁来看，这家伙正以52.8秒的周期在不断旋转。好家伙，真的成了无敌风火轮了。太阳能板几乎和阳光平行，也就是说电力供应是不足的。 你别忘了，这个家伙是在拉格朗日点上，是在和地球一起绕着太阳公转。随着时间的推移，照射在这个探测器上的阳光直射点也会发生变化，耐心等了几乎1个半月，太阳能板可以照到光了，电力虽然很弱，但是好歹比没电强啊。只要能慢慢的给机内电池充足了电，就能开机了。 现在，地面和探测器的通信是靠大力出奇迹，阿雷西博发射的信号强啊，哪怕探测器天线方向不对，也能听到信号。阿雷西博负责发射信号，位于加州的戈德斯通测控站负责接收信号。加州和波多黎各还得组成协调网络才能完成一收一发。 现在，探测器还无法完成姿态的调整，还在那里翻跟头呢。因为燃料罐里有48公斤的燃料冻成了大冰坨子。没法使用。另外，发动机的管道也冻住了。所以姿态调整发动机是无法工作的，只能攒够了电力，用电来加热。可是通信也要耗费大量的电力，只能轮流开关，光是解冻，就花了足足11天。  燃料解冻以后，就可以开发动机来调整姿态了。9月16号，SOHO终于完成姿态调整，太阳能板又对准了太阳，通信天线又一次对准地球，这个探测器终于被救活了。仔细检查各个仪器发现大家都完好无损，没有被冻坏。只是3个飞轮只剩下1个是好的，凑合着用吧。到了年底的12月份，就连着最后一个飞轮也坏了。现在就只能靠发动机来调整姿态了。每周都要消耗7公斤燃料，探测器上的燃料总共也就200公斤，哪里经得起这么消耗啊。到了转过年来的2月1号，欧洲人写了一套不用飞轮的姿态控制程序，算是把燃料消耗给减下来了。 其实呢，在航天领域发生这样的事儿并不罕见。我在查资料的时候，偶然发现月球探测器这一栏里面居然有亚洲3号通信卫星。我还纳闷呢，通信卫星什么时候成了月球探测器了？仔细一查，才发现，这是也一个创造了奇迹的拯救行动。 亚洲3号卫星是休斯公司制造的一颗大容量通信卫星。预期寿命是15年，也就是说燃料带得还不少。本来是交给俄罗斯的质子号火箭，从哈萨克斯坦的拜科努尔发射。结果这个质子号的第四级火箭关键时刻掉链子，没能把这个卫星送到同步轨道。卫星停留在了一个倾角达到50度的长椭圆轨道上。  亚洲3号通信卫星 保险公司一看，这颗卫星算是发射失败了，只能咬着后槽牙，赔钱了事。其实呢，这颗卫星是全须全尾，功能齐全，只是不在正确的轨道上。休斯公司的工程师不死心，他们想要一最低的能量消耗，把这颗卫星挪动到正确的同步轨道上去。同步轨道是在地球的赤道上空，也就是说倾角是0度，高度3.6万公里，形状接近一个圆形。现在亚洲3号的倾角是51度，从哈萨克斯坦发射的卫星倾角都很大。轨道也是个长椭圆，高度还很低，距离同步轨道远着呢。 轨道高度，其实比较容易调整，但是轨道倾角不对，问题就大了。休斯公司的工程师们大胆规划，利用月球的引力弹弓效应来改变轨道倾角。为了达到这个目的，必须让亚洲3号的远地点慢慢延伸到月球轨道。在近地点开发动机加速，远地点就会延伸。 为了节省燃料，这个爬坡的过程必须要慢，要好几个月时间慢慢兜圈子，每次飞越近地点，就开发动机推一把。1998年5月份，这颗商业卫星在距离月球6000公里的地方飞掠而过，借助这次引力弹弓修正了轨道的倾角。6月6号，再次从3.4万公里之外，掠过月球，再次修正了轨道的角度。 亚洲三号轨道调整过程 接下来还要开发动机，把亚洲3号的轨道从长椭圆压缩成一个圆形。其实只要在近地点开发动机减速就行，远地点就会缩回来，慢慢的就变成正圆了。这颗卫星就这么被救回来了，最终还是变成了正常的同步通信卫星。 其实啊，拯救SOHO和拯救亚洲3号卫星，几乎是发生在同一时间段内。没办法，事儿就这么巧啊。 亚洲3号毕竟是绕着地球兜圈子，圈子不大，兜来兜去也没多长时间。假如是探测器是去拜访一颗小行星，您老先生轨道调整出问题了，那兜的圈子可就大了去了。有这事儿吗？还真有，那就是苏梅克探测器的遭遇了。 苏梅克探测器早先不叫这个，叫“NEAR”，这是缩写，全称是“近地小行星交汇任务”。后来，为了纪念1997年意外去世的苏梅克，就管这颗探测器叫做苏梅克探测器了。这个探测器的目标是去探索近地小行星爱神星。 小行星带 NASA那一阵子对近地小行星来了兴趣，不但要拍照片，还要登陆小行星，这个苏梅克探测器就是要完成这个任务。小行星主要分布在火星和木星之间的小行星带，超过90%的小行星都在这里。在这里老老实实绕着太阳转的叫做“主带小行星”。 在主带小行星之外，也还是有不少小天体，比如在木星的拉格朗日点上，也就是L4和L5点上，存在两大坨小行星，这个地方是碗底嘛，根本不用你操心，任何小天体都可以舒舒服服的待在这个位置上。这两大群小行星叫做“特洛伊小行星”。 特洛伊小行星群 不仅仅是木星，其他行星也有自己的特洛伊小行星，只是数量极少。 这些地方的小行星长期在这个不大的圈圈里面绕着太阳转，所以即便是有点水分，也已经随着漫长时间流逝，逐渐变干了。所以小行星往往是比较干燥的，水分不多。 彗星则不同，彗星轨道全是长椭圆。长年累月都在幽暗寒冷的远方溜达，进入内太阳系也跟冲刺一样，很快就走了，所以蒸发并不多，水分还是很足的。这就是彗星和小行星最大的差别。 但是，天下之大，无奇不有。总是存在一些比较另类的小行星，比如半人马小行星。它们的轨道往往是一头在木星之内，另外一头能搭到海王星，轨道也比较扁长，但是又不像是彗星那么扁。而且这些小天体要跨越好几个巨行星的轨道，因此经常受到这些巨行星的引力摄动，轨道是不稳定的，迟早要被扔出去。至于扔到海王星外，还是奔着地球这边来了，那就不好说了。 爱神星 时不时靠近地球轨道的叫做“近地小行星”，这其中第二大的天体，就是“爱神星”。爱神星有多大呢？长度大概是33公里，粗细大概是13公里的样子，这些数值都是粗略估算，因为这个家伙长得像个香蕉，它是个弯的，你要说像块生姜也行吧。 为啥要选择爱神星呢？首先是比较近，飞过去比较快。另外就是因为它比较大。你想在小行星上着陆啊，那可太难了，因为这东西引力小得可怜。你想落都落不上去。可是你又不能像跟空间站对接一样，彻底忽略这个引力，所以麻烦事也很多。 NASA当时在推动低成本深空探测，说是低成本，其实也不便宜，预算不超过1.5亿美元的都叫低成本。相对来讲，探测爱神星是比较便宜的买卖了。另外，路上还可以拜访一颗叫做马蒂尔德的小行星，这叫一举两得。 1996年的2月份，苏梅克探测器发射，1997年的6月27号，探测器和马蒂尔德相遇，时间只有25分钟，探测器当场拍了60张照片。7月3号，探测器完成第一次轨道调整，在1998年的1月23号，从地球附近掠过。算是利用地球的引力弹弓加速。1998年的年底，预计还要进行一次轨道修正，结果偏偏是这一次捅了娄子。 我们下次再说。 |
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