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2025年01月09日 星期四

人類探索宇宙“大戲”今天上演

  • 發(fā)布時(shí)間:2014-11-12 02:31:25  來源:科技日報(bào)  作者:佚名  責(zé)任編輯:羅伯特

  滴答……滴答……歐洲空間管理局官網(wǎng)“羅塞塔”項(xiàng)目主頁上,登陸67P/楚留莫夫-格拉希門克(67P/CG)彗星的倒計(jì)時(shí)正在逼近于“0”。

  歐空局發(fā)布消息稱,2014年11月12日下午4點(diǎn)35分(北京時(shí)間),羅塞塔飛行器將在彗星上空22.5公里處,投放著陸器“菲萊”,當(dāng)晚10點(diǎn)左右,確認(rèn)“菲萊”著陸成功與否、狀態(tài)如何的信息,將帶著“宇宙公民”地球人的期待,傳回地面控制中心。

  在羅塞塔“腹內(nèi)”寄居了10年的“菲萊”,現(xiàn)在,正等待“出征”的那一聲號角。

  10年前,懷揣美好愿望的人類,向太空發(fā)射了“羅塞塔”號彗星探測器;10年來,“羅塞塔”身負(fù)重任只身遨游太空;10年后,著陸彗星將成為現(xiàn)實(shí)。

  讓我們一同回顧并走近這個(gè)偉大的人類宇宙探測項(xiàng)目——

  羅塞塔任務(wù):追逐彗星沒商量

  彗星,被認(rèn)為是宇宙大廈的最原始基石,它們從太陽系混沌的46億年歷史中幸存下來。因含有冰和有機(jī)材料,彗星被認(rèn)為向地球“播種”了水甚至生命元素。

  歐空局的“羅塞塔項(xiàng)目”,就是通過詳細(xì)地研究這種冰冷的“寶箱”,期望“解開太陽系進(jìn)化的奧秘”。

  羅塞塔任務(wù)第一次被提出是在上世紀(jì)末,1993年獲得了歐洲空間管理局科學(xué)規(guī)劃委員會的支持,最初鎖定的目標(biāo)是46P/沃塔南彗星,但在確定于2004年發(fā)射探測器的同時(shí),將目標(biāo)修改為1969年被發(fā)現(xiàn)的木星族周期性彗星67P/CG。

  2004年3月2日,羅塞塔探測器搭乘“阿麗亞娜號”火箭,從法屬圭亞那庫魯港升空,于2011年6月到達(dá)深空后進(jìn)入蟄伏期。

  今年1月20日,沉睡的羅塞塔被喚醒,8月4日到達(dá)該彗星軌道。從發(fā)射伊始算起,10年的太陽系旅程接近任務(wù)終點(diǎn)。

  “三多”運(yùn)行:系統(tǒng)多、任務(wù)多、參與者多

  如此長時(shí)間的飛行和艱巨的探測任務(wù),離不開綜合科學(xué)技術(shù)體系的全面協(xié)作和系統(tǒng)支撐。

  位于德國達(dá)姆施塔特的“歐洲空間運(yùn)行中心”為羅塞塔提供了“運(yùn)行控制中心”,它通過設(shè)在新諾爾恰的35米地面平臺來控制飛行器,通過位于庫魯?shù)?5米地面平臺對飛行器激活期、早期調(diào)試和近地階段提供支持。

  “羅塞塔地面監(jiān)控系統(tǒng)”則在所有任務(wù)階段檢測和控制飛行器和載荷儀器提供,同時(shí)接收、存檔并分配載荷儀器的數(shù)據(jù)。具體來說,該大系統(tǒng)包含四個(gè)分系統(tǒng):

  ——對羅塞塔飛行器進(jìn)行全程遙測、遙控和跟蹤操作地面站和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);

  ——包括任務(wù)控制、數(shù)據(jù)分配、命令處理、飛行動(dòng)力學(xué)和飛行器模擬器在內(nèi)的羅塞塔任務(wù)運(yùn)行中心;

  ——提供科學(xué)任務(wù)規(guī)劃支持的地面科學(xué)部分;

  ——提供數(shù)據(jù)測試、數(shù)據(jù)檢索、命令匯總等服務(wù)的通用通信系統(tǒng)。

  值得一提的是,在羅塞塔執(zhí)行任務(wù)的某些階段,地面和飛行器之間的信息往來時(shí)長能達(dá)到100分鐘,因此,它要有一定程度的自治能力,在發(fā)生異?,F(xiàn)象時(shí),能在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)糾錯(cuò)。此外,在一些計(jì)劃內(nèi)的通信暫停期,比如在2011年6月8日到2014年1月20日期間,羅塞塔需要進(jìn)入資源節(jié)約模式即深空休眠期。這些特殊的要求,為地面監(jiān)控系統(tǒng)帶來一系列挑戰(zhàn)。

  太空科學(xué)任務(wù)的運(yùn)行是個(gè)系統(tǒng)工程。雖然對飛行器本身的控制,執(zhí)行的是歐空局綜合運(yùn)行機(jī)制,但其荷載科學(xué)儀器的操控和運(yùn)行,則由研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)——飛行器的搭載設(shè)備包括11個(gè)軌道儀器和10個(gè)著陸儀器,團(tuán)隊(duì)分別來自德國、法國、英國、意大利、匈牙利、瑞士、瑞典、芬蘭、美國和澳大利亞等國。

  與此同時(shí),載荷運(yùn)行策略的主要工作由“羅塞塔科學(xué)工作項(xiàng)目組”負(fù)責(zé)協(xié)調(diào),而羅塞塔科學(xué)地面部分為科學(xué)項(xiàng)目提供所需技術(shù)支撐。

  在工程技術(shù)方面,各支撐系統(tǒng)和飛行器及設(shè)備裝置的工程承包商,由來自歐洲14國和美國的50余家專業(yè)機(jī)構(gòu)組成,這些機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)生產(chǎn)、安裝、調(diào)試和維護(hù)所有與任務(wù)相關(guān)的硬件和軟件,為實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)提供了最基礎(chǔ)和最有效的保證。

  目標(biāo)“高”“遠(yuǎn)”:今年著陸、明年伴飛

  在追逐、入軌環(huán)繞飛行和“觸摸”彗星的各類構(gòu)想中,“羅塞塔任務(wù)”的總體目標(biāo)可謂既“高”又“遠(yuǎn)”。

  這里的“目標(biāo)”,首先指羅塞塔追逐的、公轉(zhuǎn)周期為6.55年的67P/CG彗星。一般而言,繞日周期在3—10年、遠(yuǎn)日點(diǎn)在木星軌道附近的彗星統(tǒng)稱“木星族周期性彗星”,它與著名的哈雷彗星同屬“短周期彗星”,而公轉(zhuǎn)周期在200年以上的均被稱為“長周期彗星”。

  說這個(gè)“目標(biāo)”比較“遠(yuǎn)”,一是因?yàn)槠滠壍莱示薮蟮臋E圓形,近日點(diǎn)距離太陽1.86億公里,遠(yuǎn)日點(diǎn)則距離太陽8.497億公里,二是羅塞塔的10年太空之旅飛行距離超過65億公里,三是地球和羅塞塔之間的距離很遠(yuǎn),單程通信所需時(shí)間長達(dá)28分鐘20秒。

  說這個(gè)“目標(biāo)”比較“高”,是因?yàn)橐_(dá)到這個(gè)目標(biāo),需要有效測量以下科學(xué)數(shù)據(jù):

  ——彗核的全面特性,包括動(dòng)態(tài)性能測定、表面形貌和成分;

  ——測定彗核揮發(fā)物和耐火物質(zhì)的化學(xué)成分、礦物質(zhì)和同位素組成;

  ——測定彗核揮發(fā)物和耐火物質(zhì)的物理屬性和相互聯(lián)系;

  ——研究彗核表層及慧發(fā)內(nèi)部的彗星活動(dòng)和發(fā)展過程;

  ——小行星的全面特征,包括動(dòng)態(tài)特性測定和表面形貌及成分。

  10年間,羅塞塔經(jīng)過三次地球重力和一次火星重力的作用,最終被“甩”到深空,在沉睡三年后被“喚醒”,即將登臨彗星的“菲萊”著陸器,會攜帶10種探測儀器,對上述科學(xué)目標(biāo)逐一或并行開展數(shù)據(jù)和樣本的采集與分析。

  更讓人期待的是,“菲萊”著陸器和羅塞塔飛行器將伴隨這顆彗星繼續(xù)公轉(zhuǎn),在2015年8月到達(dá)近日點(diǎn)附近繼續(xù)考察彗星的變化全過程。

  2015年12月31日,羅塞塔項(xiàng)目全部任務(wù)結(jié)束。

  著陸地點(diǎn):十中選一、只為“菲萊”

  羅塞塔項(xiàng)目因?yàn)闀r(shí)間長、目標(biāo)小等因素,被稱為史上“最科幻”的探測項(xiàng)目,這部長達(dá)七個(gè)小時(shí)的“科幻大片”將迎來尖峰時(shí)刻——“菲萊”軟著陸。

  如果成功,前面的長途跋涉才有意義,后面的數(shù)據(jù)采集才開天辟地。一旦失敗,雖然也積累了部分科學(xué)經(jīng)驗(yàn),但終是前功盡棄。

  科學(xué)家必先搞清楚“在哪兒”著陸。根據(jù)7月份“羅塞塔”發(fā)回的最新圖像顯示,這顆彗星大小約為3.5×4公里,其彗核竟是由兩個(gè)連接在一起的部分組成,有點(diǎn)像我們熟悉的“大黃鴨”。

  經(jīng)過六周短暫卻嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)采集、篩選、對比,“著陸選址小組”從初選的10個(gè)地點(diǎn)中,先確定了5個(gè)“更有可能”的位置,最終歐空局于10月中旬宣布,選定大黃鴨“頭部”的一個(gè)被命名為“AGILKIA”的著陸地點(diǎn),該區(qū)域在彗星表面的海拔為0.5米到3.6米之間。

  “AGILKIA”之所以能脫穎而出,需要滿足以下條件:不僅要在物理層面上達(dá)到著陸“安全”標(biāo)準(zhǔn),還要能夠協(xié)調(diào)羅塞塔和“菲萊”之間的通信所需和太陽能供給,更要滿足到所攜帶科學(xué)儀器的工作條件。

  萬事俱備,只欠東風(fēng)。一切有關(guān)投放“菲萊”的系列指令,將在最后幾個(gè)小時(shí)從地球傳給羅塞塔,然后,當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)歸零,“科幻大片”會如期閃亮登場。

  如果著陸成功,2015年年末全部任務(wù)結(jié)束之時(shí),所獲得的全過程各類數(shù)據(jù),將一并納入人類太空探索的知識寶庫。

  此時(shí)此刻,羅塞塔的一舉一動(dòng)牽動(dòng)著熱愛宇宙的地球公民的神經(jīng),而每個(gè)光輝時(shí)刻的來臨,在折射人類探索未知的智慧和勇氣之時(shí),也考驗(yàn)同一時(shí)代科學(xué)和技術(shù)的成就,或許可能還需要遠(yuǎn)在星辰之外的運(yùn)氣。

 ?。萍既請?bào)北京11月11日電)

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