原标题:【水星进行时】BEPICOLOMBO号已经完成总装工作

日本宇宙航空研究开发机构与欧洲宇航局正在推进水星探测计划BepiColombo,计划2018年发射水星探测器,预计2026年到达水星开始针对水星地面、磁场等进行观测,并通过数据分析,了解水星的形成及演变过程。由于水星是距离太阳最近的行星,表面温度极高,因此如果能够对水星这种极限环境进行成功分析,将有助于对行星研究的模型进行再造。
JAXA负责水星磁场探测器的研发,ESA负责水星表面探测器的研发。在BepiColombo计划中,航天器还包括离子发动机、将MMO与MPO送到水星轨道的电力推进模块、保护MMO免受太阳直射的遮光罩。
航天器将于2018年10月由欧洲亚利安5号火箭发射,并利用天体引力通过一次次的飞临过程,逐步接近水星,预计2025年12月进入水星轨道。其后,MMO和MPO将与航天器分离,然后经1至3个月的初期试用后,再进入实际观测。
JAXA开发的MMO将搭载5种观测装置,重点完成以下任务:一是观测水星固有磁场;二是观测磁场及太阳风等周边环境;三是观测水星大气层。MMO重280千克,在水星附近椭圆轨道飞行。距离水星最近时为590千米,最远时为1160,000千米,轨道周期为9.3小时。
水星表面白天温度高达400摄氏度,因此MMO在耐热设计方面采取了一系列措施,从各个细节上尽可能降低卫星的温度,比如采用大量镜片组成向宇宙空间释放热量的结构、采用钛基高温隔热材料等。
东北大学、名古屋大学等日本国内外12所大学和研究机构,三菱重工、NEC、明星电气等参与了MMO的研发工作。日本政府和民间共为MMO的开发投资154亿日元。
水星是由岩石和金属等固体构成的类地行星。近年来,随着观测精度的提高,在太阳系外发现了一些有可能存在生命的类地行星,利用仔细研究水星获得的成果,有助于对太阳系外行星的构成进行预测。来源:科技部

嫦娥四号,为何要去月球背面

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12月8日2时23分,嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心成功发射,它的目标是月球背面。后续经历地月转移、近月制动、环月飞行之后,嫦娥四号探测器将实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测。

【水星进行时】

探索月球背面有何意义?嫦娥四号将开展哪些科学研究?我国的探月工程走过了怎样的历程?本报记者采访了相关专家。

bepicolombo号已经完成总装工作

月球背面有什么

编译:徐鹏晖

嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。2014年,嫦娥三号任务圆满完成后,国防科工局牵头组织开展了嫦娥四号任务实施方案调整的论证工作。综合考虑国际前沿、科学价值、经济和技术可行性等因素,最终确定了月球背面软着陆和巡视探测的总体方案。

校对:艾宇熙

为何要去月球背面?由于月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同,所以月球总有一面背对着地球,这一面称之为月球背面。因此,人类在地球始终无法看到月球的背面,虽然此前已经发射了100多个月球探测器,其中还包括65个月球着陆器,但仅有不载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗号曾看到过月球背面。中国科学院月球与深空探测总体部主任邹永廖告诉记者:“从上世纪50年代开始,发射到月球的探测器和轨道器已经有100多个。但是从着陆器探测来说,月球背面一次都没有。嫦娥四号首次在月球背面着陆和就位巡视,这是创造历史的重大成就。”

编者按:ESA与JAXA合作的Bepicolombo号水星探测器日前正在进行任务的准备工作,这是人类近年来为数不多的水星计划之一,也是除美国外第一个水星计划。所以我们周三组决定持续追踪Bepicolombo号的最新进展和消息,为此我们开设了新栏目“水星进行时”,相关文章都将以“【水星进行时】”开头,欢迎大家关注。

据了解,此次嫦娥四号着巡组合体着陆区,位于月球背面的艾特肯盆地。邹永廖介绍,月球分为三大地体,即克里普岩地体、斜长高地岩地体、艾特肯盆地地体。“前两个地体都已经被巡视探测过,只有艾特肯盆地地体没有被近距离巡视探测,在科学上会有很多新发现。而且月球背面的岩石更加古老,如果能够获取更古老的岩石类型等物质成分信息,对我们了解月球的化学成分演化过程有很大帮助。”

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专家表示,艾特肯盆地是目前发现的太阳系固体天体中最大最深的盆地,直径大约2500公里,深度约12公里。其90%的面积都分布在月球背面,只有一小部分在月球正面,具有很高的科研价值。

图一:MMO和MPO的组合体

中国探月工程总设计师、中国工程院院士吴伟仁说:“一般认为这个盆地有可能是当时宇宙大爆炸或者后来小天体撞击形成的,隐含着宇宙最早的一些信息。而且这个盆地的深度有12公里,有助于我们获取月球深部物质的信息。”
据介绍,嫦娥四号对月球背面地形地貌、矿物组分、巡视区浅层结构、地幔物质等进行科学探测与研究,将为月球资源的开发利用提供极具价值的第一手资料。

图源:ESA

更让科学家们感兴趣的是,月球背面独特的电磁场环境和地质特征,非常适合开展低频射电探测等空间天文学研究和月球物质成分探测等科学研究。“由于屏蔽作用,在地面上无法开展低频射电的观测。而月球背面的磁环境非常干净,到月球背面开展低频射电天文观测,这一目标应该说是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。”邹永廖说。

由ESA和JAXA联合进行的Bepicolombo计划日前已经完成了发射前的航天器总装工作,由欧洲方面负责的轨道器和运载模块也已经做好了加注燃料的准备。

嫦娥四号任务是什么

航天器已于8月31日前的一周完成了工作资质复检,之后就正式进入了发射准备期。根据目前的安排,任务所用火箭为阿丽亚娜5,发射时间为库鲁当地时间10月18日22:45(即中欧夏令时10月19日3:45,格林尼治时间10月19日1:45,北京时间10月19日9:45)。发射窗口将一直持续到11月29日。

2016年1月,嫦娥四号任务经国务院批准正式实施,包括中继星和探测器两次任务。为了实现着陆在月球背面的探测器与地球的测控通信和数据传输,我国于2018年5月21日在西昌卫星发射中心发射了“鹊桥”中继星,搭建起地月信息联通的“天桥”。目前,“鹊桥”中继星进入环地月拉格朗日L2点使命轨道,状态正常。

根据8月30日燃料加注准备工作的检查来看,水星运载模块(MTM)和水星行星轨道器(MPO)均已做好加注化学推进燃料物质如肼的准备。

据了解,嫦娥四号任务的工程目标,一是研制发射月球中继通信卫星,实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信;二是研制发射月球着陆器和巡视器,实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。

“这次检查在此次发射活动中相当于一个里程碑式的事件,意味着发射准备已经进入了最后阶段,同时它也为将来在水星进行的探测活动打下了基础,”ESA的Bepicolombo项目总师Ulrich
Reininghaus说。

在科学任务方面,嫦娥四号主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究;开展月球背面巡视区形貌、矿物组分及月表浅层结构探测与研究;试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

“按计划在9月5号至12号之间加注好燃料之后,从技术上来说我们就没有回头路了。之前我们已经经历了构件装配、电路最终测试和进入总装厂房的转移,下一个与之类似的节点事件就是发射了。”

“嫦娥家族”有哪些成员

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在嫦娥四号发射成功之际,中国的探月之路值得盘点。探月工程也叫嫦娥工程,是我国航天继人造地球卫星和载人航天之后的第三个里程碑,是国家重大科技专项的标志性工程。计划在2020年前按“绕、落、回”的发展思路分3期组织实施,实现探月工程既定目标。

图二:图注:Bepicolombo正在进行检查

——探月工程一期(2004年—2009年):2004年1月23日,国务院批准了国防科工委、财政部《关于绕月探测工程立项的请示》,标志着月球探测工程一期——绕月探测工程正式立项,从而开启了探月工程的光荣征程。

图源:ESA

——探月工程二期(2008年—2014年):2008年2月15日,国务院批准探月工程二期立项。主要目标是实现在月面软着陆,开展月面就位探测与自动巡视勘察。

运载模块将同时采用电推进和化学推进。与此同时它在飞行过程中还会借助地球、金星和水星的引力,最后将MPO和MMO(水星磁层轨道器)送入水星轨道。

——探月工程三期:2011年1月7日,国务院批准探月工程三期立项,标志着探月工程“绕、落、回”三步走最后一步正式启动。三期工程拟实施两次采样返回任务,分别命名为嫦娥五号和嫦娥六号任务,将首次采用无人月球轨道交会对接方式实现月面自主采样返回。为降低工程风险,探月三期决定实施一次再入返回飞行试验。再入返回飞行试验验证了地月空间往返一系列关键技术任务。

到达水星后,MPO将会用它的小助推器将JAXA的水星磁层轨道器(MMO)送入环绕水星的椭圆轨道,然后它自身也将会分离并下降到更低的环绕轨道。

从探月工程一期至今,截至嫦娥四号任务前,我国共进行了4次发射,可谓成果显著。

上个月这两个轨道器刚完成一年多来的首次发射总装。对它们而言,上一个关键时间节点则是在位于荷兰的ESA技术中心里,那是在通过海路运到法属圭亚那的库鲁发射中心之前。

——2007年10月24日嫦娥一号成功发射,11月26日,嫦娥一号卫星传回第一幅月球图片数据,标志着探月工程一期任务圆满成功。嫦娥一号卫星在轨有效探测16个月,于2009年3月1日受控撞月,为工程画上圆满的句号。探月工程一期首次实现我国自主研制的卫星进入月球轨道;利用CCD立体相机对月球进行环绕探测,获取了120米分辨率的全月影像图以及铀元素含量分布图等。

当燃料加注完成后,MTM就会连接到航天器组合体的底部。8月31日前的一周里,未加注燃料的部分已完成总体运行测试。用于保护MMO免受太阳辐射的防护罩会在距发射更近的时候再进行安装。

——嫦娥二号任务。2010年10月1日嫦娥二号成功发射,经过在轨探测10个月后,于2011年8月25日飞赴日地拉格朗日L2点,并进行环绕探测;环绕探测近半年后,飞离L2点,于2012年12月13日,与图塔蒂斯小行星近距离交会并获得清晰图像;之后飞向更远的深空,成为我国首颗绕太阳飞行的人造小行星,创造了中国航天器最远飞行纪录。嫦娥二号为嫦娥三号验证了部分关键技术,详勘了落月区域;在月球轨道有效探测10个月,利用改进的CCD立体相机对月球进行了环绕探测,获取了世界上首幅7米分辨率的全月图和1.5米分辨率的局部图;利用γ射线谱仪、高能粒子探测器、太阳风离子探测器发现了月表铬元素和微磁层、太阳风加减速等现象;获取了图塔蒂斯小行星的清晰图像;创造了中国航天器最远的飞行纪录。

“虽然前往水星的旅程还未开始,但是我对目前两个航天器能够有如此的紧密关系感到非常高兴,感谢这个项目的长期努力,”JAXA的Bepicolombo项目科学家Go
Murakami说,“相信它们的联合探测将会给我们带来精彩的任务成果。”

——嫦娥三号任务。2013年12月2日嫦娥三号成功发射,14日探测器如期着陆,15日着陆器与巡视器成功互拍,标志着嫦娥三号任务取得圆满成功。嫦娥三号任务是我国首次在地外天体软着陆,为中国航天开创了月面就位探测和机器人巡视探测的新模式。创造了首次研发地外着陆、巡视航天器平台,且实现月面遥操作等中国航天的多个首次。

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——再入返回飞行试验任务。2014年10月24日,探月工程三期再入返回飞行试验器发射,经过8天的飞行,11月1日,在距地球5000公里处服务舱与返回器受控分离,返回器以“半弹道跳跃式”高速再入地球大气层,安全精确着陆在内蒙古四子王旗,为嫦娥五号任务奠定了坚实的技术基础。此后,服务舱顺利完成了大椭圆停泊轨道飞行段、地月转移段、地月L2点环绕飞行段、近月制动段和环月飞行段共5个阶段的拓展试验,取得丰硕成果。

图三:图注:Bepicolombo的环绕轨道

冯 华

图源:ESA

MMO的主要科学任务是对水星磁场环境、行星与太阳风交互以及大气外层的化学组成进行详细研究。

MPO则将关注水星的地表组成和变化过程。另外它将与MMO一道揭示太阳风交互作用对水星环境和地表的影响。这种影响的结果将会反馈到大气外层,因而该过程及其结果都可以被观测到。此外,人们还将对这个过程进行多时空位点探测,这种探测方式只有使用两个及以上的航天器才能实现,且它们的轨道必须满足能够对探测进行互相补充。

“看着这两个Bepicolombo项目的航天器组装在一起,并且想着它们在未来的7年里都将像现在这样,我的心里是非常激动的,”ESA的Bepicolombo项目科学家Johannes
Benkhoff说,“不过这同时也在提醒着我,我们的任务马上就要开始了。现在我非常期待我们计划好的科学任务的开展。”

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图四:Bepicolombo的时间表

图源:ESA

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编排:王璞

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图片来源:ESA返回搜狐,查看更多

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