阿里安5發(fā)歐日合作水星探測器，研制耗時約20年
來源：航小宇
阿里安5ECA型運載火箭10月19日在法屬圭亞那庫魯發(fā)射了“貝皮科倫布”水星探測器（火箭起飛時間是北京時間20日上午9時45分）。歷經(jīng)約20年研制、耗資16.5億歐元的這項任務(wù)是歐空局和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）的合作項目，也是歐洲首次嘗試對距太陽最近、溫度極高的水星開展軌道探測。
“貝皮·科倫布”以20世紀意大利天文學(xué)家朱塞佩·科倫布（綽號貝皮，曾開展很多有關(guān)水星的先驅(qū)性研究）的名字命名。探測器總重4100公斤，由一同發(fā)射的兩個軌道器構(gòu)成，其中“水星行星軌道器”（MPO）由歐空局負責(zé)，將研究水星表面和內(nèi)部成分，而“水星磁層軌道器”（MMO）則由JAXA下屬的宇宙科學(xué)研究所（ISAS）提供，將研究水星磁層。兩者疊放在一起，由“水星轉(zhuǎn)移模塊”（MTM）送往繞水星運行的軌道。在7年多的旅途中，MMO將由“MMO遮陽罩與接口結(jié)構(gòu)”（MOSIF）進行遮陽防護，而后者還將作為兩個軌道器之間的機械和電氣接口。
歐洲空間科學(xué)家將“貝皮科倫布”視為最具挑戰(zhàn)性的長期行星探測項目之一，主要是因水星軌道距太陽太近，令這顆行星難以派探測器造訪和從遠處觀測。據(jù)歐空局官員介紹，由于水星環(huán)境極具挑戰(zhàn)性，“貝皮科倫布”探測器有70%的技術(shù)是專門針對本次任務(wù)研制的。該局“貝皮·科倫布”項目經(jīng)理雷寧豪斯把繞水星做軌道飛行比作飛進披薩烤箱。他說，太陽能帆板、熱控系統(tǒng)和防護涂層設(shè)計難度大是導(dǎo)致項目研制耗時很長并幾度推遲的主要原因。該任務(wù)曾險些因發(fā)現(xiàn)探測器尺寸和項目耗資需明顯增加而被砍。探測器原計劃用俄聯(lián)盟STB/“弗雷蓋特”MT型火箭在庫魯發(fā)射。但相關(guān)部門2008年發(fā)現(xiàn)，因重量增加太多，需改用阿里安5ECA型火箭來發(fā)射。
“貝皮科倫布”探測器飛抵水星（效果圖）
科學(xué)家之所以希望研究水星，是因為其可為認識行星是如何形成的提供寶貴線索。歐空局此前的所有行星際探測器都是前往太陽系相對較冷的地方，而“貝皮科倫布”是該局首次向“高溫”區(qū)域發(fā)送探測器。另外，與同太陽漸行漸遠的外太陽系探測器需要加速不同，“貝皮科倫布”需克服向太陽靠近過程中越來越大的太陽引力，也就是需要制動。為此，這項任務(wù)要巧妙地利用地球、金星和水星本身的引力，并利用太陽能電推進（SEP）技術(shù)。當接近水星時，“貝皮科倫布”將利用水星引力和一臺常規(guī)火箭發(fā)動機使自己進入一條極軌道。入軌后，兩個軌道器將同巡航級分離，各自從軌道上開展至少為一個地球年的觀測。
歐空局承擔(dān)了該項目總體預(yù)算中的大約13億歐元。有JAXA人員稱，日方出資額約為這一數(shù)額的1/10。余下部分由承造各臺科學(xué)儀器的各國支付。MPO載有11臺科學(xué)儀器，而MMO的儀器數(shù)量是5臺。據(jù)歐空局科學(xué)項目主管吉梅內(nèi)茲介紹，有12個歐空局成員國的30多家公司參與了該項目。除日本外，美國和俄羅斯也為這項任務(wù)建造了儀器。探測器研制工作由空客集團和泰雷茲·阿萊尼亞空間公司牽頭。空客該項目經(jīng)理謝克爾稱，由于水星軌道極高的熱和太陽輻射水平，探測器太陽能電池陣研制工作花了同整星幾乎同樣長的時間。7.5米長的太陽陣必須利用一個復(fù)雜的傾斜機構(gòu)使電池片不直接暴露在陽光下，從而使溫度保持在215攝氏度以下。探測器還必須針對來自水星本身的紅外輻射加以防護。
“貝皮科倫布”原定4月份發(fā)射，但因“水星轉(zhuǎn)移模塊”（MTM）在準備進行熱試驗時暴露出重大電氣問題，歐空局于2016年11月宣布將發(fā)射時間推遲到10月。這次6個月的推遲并不影響任務(wù)的科學(xué)回報，但飛抵水星所需時間將變成7.2年，抵達時間將是2025年12月，比原先的預(yù)計晚1年。探測器途中將進行1次地球借力、2次金星借力和6次水星借力飛行。
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