绝非不可能的任务：五大最成功的空间探测器
Erin Kapp　文　Shea　编译
	空间探测任务多年来一直是喜忧参半，既有光辉的成就，也有玉石俱焚。那么，怎样才能造就一个成功的空间探测任务呢？ 　　经验、认真的测试、成熟的技术以及精益求精是成功的关键。 　　为了缩小评选的范围，这里仅仅考虑在地月系统之外执行任务的空间探测器。而“成功”的标准则是，它们不仅已经完成了主任务，并且还执行着（过）扩展任务。 　　在入选的这些任务中，既包括了对行星进行观测和探测的，也包括飞向外太阳系的，还包括撞击彗星的。以下就是五大最成功的空间探测任务。 “旅行者”1号和2号 探测目标：木星和土星 发射时间：1977年9月5日（“旅行者”1号）、1977年8月20日（“旅行者”2号） 到达时间：1979年 原定任务期限：4年 图片版权：NASA/JPL 　　“旅行者”任务包括两个独立的探测器：“旅行者”1号和2号，两者都旨在探测木星和土星。 　　“旅行者”1号对土星的探测仅持续了几天，但它所获得的信息却超过了历史上人类对土星系统所知的总和。在飞掠过土星之后，1980年9月“旅行者”1号开始飞往太阳系外。在探访了木星、土星、天王星和海王星之后，1989年“旅行者”2号也启程前往星际空间。 　　目前“旅行者”1号是距离地球最远的人造物体——它到太阳的距离超过地球到太阳距离的100倍以上。 　　从1990年开始，“旅行者”任务扩展为“旅行者星际”任务。即便“旅行者”1号的信号要花超过12小时才能到达地球，但两个“旅行者”号探测器仍然与地球保持着联系，并且一直发送着采集到的数据。 　　“旅行者”的成功在很大程度上得意于美国宇航局的“水手”和“海盗”计划。而“旅行者”能工作这么长时间的原因之一是这个项目的每一分钱被用在了确保一切都能正确工作上，而不仅仅是试图去开发一项新技术。 　　尽管从发射之日起“旅行者”已经工作了32年，但原来的设计寿命却只有4年。由于要频繁的开关，探测器系统会出现老化，工程师由此得出了“旅行者”的寿命大约为4年。 　　“旅行者”的部件在设计和制造的时候都具有非常高的可靠性并留有很大的余地。燃料是“旅行者”寿面的关键，工程师们对它能工作4年很有信心，但没有人想到会是30年。 　　“旅行者”号探测器上所使用的技术已经被证明和它们的发现同样令人称奇。 卡西尼土星探测器 探测目标：土星 发射时间：1997年10月15日 到达时间：2004年 原定任务期限：4年 图片版权：NASA/JPL/D. Seal 　　“卡西尼-惠更斯”是美国宇航局、欧洲空间局和意大利空间局间联合进行的探测计划。它由两部分组成：卡西尼探测器和惠更斯探测器。“卡西尼”由美国宇航局的喷气推进实验室设计和管理。 　　“卡西尼”的目标是深入研究土星和它的卫星，这其中也包括土星的卫星土卫六。即使是按照空间探测器的标准，“卡西尼”的设计也是非常复杂的。“卡西尼”共携带了12台仪器，重量超过了两个“旅行者”探测器的总和。在过去的几年中，“卡西尼”已经绕土星飞行了几十圈，发回了数以万计的土星及其卫星的照片。 　　“卡西尼”的构思正直空间探测器设计理念发生转变之际。20世纪90年代，美国宇航局的信条是“更快、更好、更廉价”。当时的观点认为，如果能容忍失败，就能进行更多的空间探测。于是尽一切可能来降低成本、减少测试，让探测任务变得更廉价、开发的时间更短。 　　“更快、更好、更廉价”被证明是失败的。“卡西尼”的设计和研发以及最终于1997年发射则体现了向20年前“旅行者”号成功理念的回归。 　　即便置身“更快、更好、更廉价”之外，除了可靠性和探测能力，成本仍然是空间探测器设计必须要考虑的一个重要因素。一个例子就是“卡西尼”是使用有缺陷的飞行工程计算机芯片还是花100万美元重新设计、制造它。 　　“卡西尼”的工程师们不仅要考虑直接成本，还要为探测任务留有回旋的余地。由于“卡西尼”的建造一直进行平稳，因此他们花钱重新做了一块芯片。 　　“旅行者”和“卡西尼”的成功还得益于被“更快、更好、更廉价”所抛弃的更为仔细的设计和测试过程。这些信条也保留到了今天。 火星环球勘测者 探测目标：火星 发射时间：1996年11月7日 到达时间：1997年 原定任务期限：2年 图片来源：NASA/JPL 　　在其为期两年的主任务和额外4次扩展任务中，火星环球勘测者共向地球发回了超过24万张的火星表面照片。它的关键仪器之一就是火星轨道照相机。 　　对于行星地质学家而言，高分辨率成像极为重要。此前的火星任务已经发现了火星坑坑洼洼的表面拥有河道和熔岩流，但它们的图像缺少细节。火星轨道照相机则弥补了他们的缺憾。 　　按照原计划，火星环球勘测者只会拍摄少量的高分辨率照片，但探测任务的一再延长使得拍摄更多的照片成为了可能。这些更为详细的照片也为“火星探测漫游者”的成功提供了保障。它们在“勇气”号和“机遇”号火星车着陆地点的选择上发挥了重要的作用。 　　同时，火星环球勘测者还多次做为其他火星探测任务的通讯中继站，是这些任务成功的关键因素之一。火星环球勘测者任务的延长不仅对于科学而言是重要的，对于整个火星探测也是如此。 　　不过，它最终还是和地球失去了联系，整个任务在2007年正式结束。对于很多人来说，火星环球勘测者如此长的服役时间着实出乎了意料。 火星探测漫游者 探测目标：火星 发射时间：2003年6月10日（“勇气”号），2003年7月7日（“机遇”号） 到达时间：2004年 原定任务期限：3个月 图片来源：NASA/JPL, Mars Exploration Rover Mission, Cornell 　　2004年分别被命名为“勇气”号和“机遇”号的“火星探测漫游者”登陆火星开始了它们为期90天的探测任务。这两辆火星车在火星表面开展了一系列的地质勘探，其中也包括了寻找火星上的水。 　　五年后，它们仍在工作，其工作寿命超出了所有人的想象。现在，“机遇”正在前往“奋进”环形山，而“勇气”号则身陷沙坑无法动弹。虽然“勇气”号和“机遇”号需要地面控制人员一定的“照料”，但它们继续在做出新的发现。 　　这两辆火星车的设计正好在1999年火星极地着陆器和火星气候轨道器失事之后。于是工程师和技术人员在设计和测试上下了很大的功夫。 　　火星车的目的是进行地质勘探，这也决定了其所需的技术。它们都配备有用于行驶和目标识别的不同类型的照相机以及可以用来清理岩石的工具。 　　同时它们还装有可用于矿物学分析的分光仪，这将使得它们能够识别出岩石中的铁。研发一台可用于探测任务的拉曼分光仪成本过高，做为妥协采用了性价比更高、技术上也成熟的穆斯堡尔分光仪。 　　在火星车的设计过程中，工程师的唯一准绳就是火星车的工作寿命，而分光仪工作状况则成为了其中的关键。火星车上分光仪依赖于钴-57的放射性衰变，而时至今日大部分的钴已经不复存在，因此过去只需要几个小时就能完成的测量现在需要花几天的时间。 　　但原先的方案决不是针对6年的工作寿命而设计的，预期只能工作1年分光仪却一直工作到了现在。 深度撞击 探测目标：坦普尔1号彗星 发射时间：2005年1月12日 到达时间：2005年7月4日 原定任务期限：8个月 图片版权：NASA/JPL, University of Maryland, Pat Rawlings 　　“深度撞击”发射于2005年，是迄今最“主动”的探测任务。它携带有一个撞击体，会被从母船发射并且撞向坦普尔1号彗星的核心。从附近飞过的探测器则会观测撞击导致的环形山和喷出物。 　　通过撞击彗星来研究它的内部看似极端，但其实很难真正得到你想要的，因为撞击无法深入彗星的内部。人们希望“深度撞击”所获得的信息将有助于揭开彗星的形成之谜。 　　而“深度撞击”的工程师则有另一个挑战要面对——确保撞击体会击中彗星朝阳的一面，只有这样飞过的母船才能对其进行观测。为了最大限度地提高任务成功的可能性，工程师们试图确保不管撞击体发生什么母船都能收集到好的数据。这些努力包括了加强在撞击前对彗星的监测，同时也带来了许多出乎意料的惊人结果。 　　在2005年底完成主任务之后，“深度撞击”进入休眠状态，直至2007年12月被重新派遣执行“太阳系外行星观测与深度撞击扩展研究”任务。“太阳系外行星观测”任务将专注于搜寻太阳系外的行星，“深度撞击扩展研究”则会探测另一颗彗星，因为探测器的燃料还有剩余，可以奔赴新的目标。 　　“扩展研究”任务原本的目标是波辛彗星，但在2007年夏天“深度撞击”的团队找不到这颗彗星了。备选目标则是哈特利彗星2号，这需要一个更长的旅途，也意味着更多的资金。 　　从科学上讲，哈特利2号相比波辛是一个更好的目标。但当初之所以选择波辛彗星则是为了降低成本。幸运的是，美国宇航局最终同意再运营这一任务两年，而不是一年。由于已经撞击了坦普尔1号，因此“扩展研究”任务只会对哈特利2号进行非接触性的观测。 　　而“太阳系外行星观测”任务则会使用相对较少的燃料，利用探测器上原本用于观测坦普尔1号彗星的望远镜来寻找太阳系外行星。 　　即使得到了扩展，“深度撞击”也是一个相对较小的任务。虽然它的成功超出了人们预期，但兴许它还会带来更多的科学回报。

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