为什么彗星探测器要飞十年才能到达彗星

Question

如题所述

Answer 1

欧洲航天局2005年3月7日发布公告称，2004年3月发射的欧洲“罗塞塔”彗星探测器于5月4日首次飞经地球，“罗塞塔”利用了地球引力的拉扯效应，大幅度提升了飞行速度。专家们将这一现象比喻为“跳板效应”。
“罗塞塔”探测器计划用约10年时间追上一颗名为丘留莫夫-格拉西缅科的彗星。如果一切顺利，预计在2014年1月，“罗塞塔”将到达距这颗彗星几公里处，并成为人类首个围绕彗星运转、进而施放登陆器在彗星表面着陆的探测器。然而追赶彗星需要巨大的能量，“罗塞塔”探测器重达3吨，所携带的能量是有限的。因此，科学家专门设计了让“罗塞塔”3次飞过地球，并且在2007年与火星“擦肩而过”的路程。这样，在这几次巧遇中，“罗塞塔”将利用地球或火星引力的拉扯效应，大幅度提升飞行速度，同时节省飞行能量。
地球的引力好比是一个跳板，而探测器好比石子，在跳板的弹力作用下，石子的运动速度可以大大提高。“罗塞塔”探测器本次是以每小时38000公里的速度在距地面约1954公里的高度飞经地球，此后它的速度还将不断增大。预计在地球和火星引力的多次拉扯下，探测器最终将得以飞行50亿公里路程，赶上丘留莫夫-格拉西缅科彗星。
天文学家认为，彗星是由太阳系诞生初期的物质构成的，由于它自身的温度极低并处在温度极低的宇宙空间，因此在太阳系诞生46亿年来，彗星几乎始终保持着形成初期的状况，对它进行研究将有助于人类揭开太阳系形成之谜。
完成调整
从事“罗塞塔号”彗星探测器飞行指挥工作的科学家们完成了对探测器轨道的调整，这一调整将使得“罗塞塔号”将于2007年2月飞越火星。
欧洲宇航局“罗塞塔号”彗星探测器的最终考察目标是“楚留莫夫－格拉希门克彗星”号彗星，其代号为67P。在抵达目标之前，探测器总共需要经过四次类似的轨道调整，这次调整是探测器进入其预定轨道前的第二次。
“罗塞塔号”彗星探测器于2004年发射升空，2005年3月在环地球轨道上完成首次变轨制动。预计到2007年11月，它又重新回到环地球轨道来旅行。为了让探测器顺利飞越火星，欧洲宇航局的专家们在2006年9月29日---11月13日期间不停地校正着其飞行轨道。经过专家们的这些努力后，“罗塞塔号”探测器届时将在距离火星表面250公里的高度上飞越火星。
在绕火星飞行期间，“罗塞塔号”还将对自己随机搭载的一系列科研仪器进行调试并收集部分有关火星的资料信息。在飞到火星背面时，探测器将处于节能状态，届时将只有其携带的“菲莱”行星登陆舱处于正常工作状态。因为这个登陆舱装备了独立电源。
“罗塞塔号”彗星探测器2007年的第一个太空探测目标是位于火星和木星间的一颗小行星，主要是研究该小行星的旋转方向。之后科学家们将通过对该小行星的特征进行初步判断从而制定出探测器在2010年左右对该小行星进行详细探测的计划
在近距离飞过火星时，“罗塞塔号”将对火星展开约20个小时的探测。届时探测器携带的照相机和光谱分析仪将收集火星大气、火星表面以及火星化学构成情况的资料。此外，“罗塞塔号”探测器还将提取火星大气与太阳风相互作用的信息，并对火星的两颗天然卫星“火卫一”和“火卫二”进行拍摄。在对火星的探测完成后，欧洲宇航局的科学家们还将检测探测器飞行特征及其速度指数是否与专家们预定的相吻合。[1]
飞跃火星
罗塞塔探测器成功飞掠小行星
欧洲航天局发射的“罗塞塔”号彗星探测器2007年2月24日与火星“擦肩”而过，成功借助火星引力改道。
“罗塞塔”号将于10年内飞越地球3次和火星1次，借助地球和火星引力场完成改道或加速，于2014年追踪到“楚留莫夫-格拉希门克”彗星，钻探取样，协助科学家探索彗星。航天专家称，“罗塞塔”号的这次火星改道成功是整个彗星探测计划的“重要一步”。
“罗塞塔”号彗星探测器的无线电信号24日在静寂近20分钟时间后，位于德国西部的欧洲航天局控制中心终于再次收到它的信号。科学家听到信号声，不约而同鼓起掌来。
在近20分钟的时间里，“罗塞塔”号成功飞越火星，借助引力场改道。“罗塞塔”彗星探测项目的负责人曼弗雷德·瓦尔豪特说：“‘罗塞塔’还在路上。”
“罗塞塔”号重约3吨，它这次飞越火星的轨道与航天局控制人员预设的轨道非常接近，一度与火星表面距离不足250公里。完成火星飞越的“罗塞塔”号将于2007年和2009年两次飞越地球，再次加速。
“罗塞塔”号2004年3月2日由“阿里安—5”号运载火箭携带，从法属圭亚那库鲁基地升空。经过4次地球或火星引力拉扯后，“罗塞塔”号将大幅提升速度，预计飞行71亿公里，于2014年进入“楚留莫夫-格拉西门克”彗星轨道。之后，“罗塞塔”号将向彗星表面发送“菲莱”号着陆器，在彗星冰盖探测。这将是人类有航天史以来的首次彗星“软着陆”。
探测彗星
格林尼治时间2014年1月20日18时18分(北京时间21日2时18分)，美国航天局位于加利福尼亚州的地面站接收到“罗塞塔”彗星探测器向地球传回的信号，这意味着“罗塞塔”号顺利从31个月的休眠中苏醒，将开始对一颗彗星进行探测。
欧洲航天局网站在2014年1月20日发表的公报称，2004年3月2日，欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器升空，开始追逐“丘留莫夫－格拉西缅科”彗星。探测器抵达木星轨道附近后，其装载的太阳能电池已经无法从太阳获得足够的能量。
为了给最后阶段的追逐保留电力，研究人员从2011年6月8日开始，让“罗塞塔”号进入休眠状态。格林尼治时间1月20日10时，“罗塞塔”上装备的“闹钟”让探测器的电脑启动，跟踪导航系统开始逐渐升温，大约6个小时后恢复正常工作。随后，“罗塞塔”向地球传回信号宣告“醒来”。
美国航空航天局2014年1月20日消息说，根据此前计划，在此次被唤醒后，“罗塞塔”将进行一系列机动变轨，从后方逐渐追赶上彗星，进入环绕彗星运行的轨道，然后为着陆器“菲莱”选择安全的着陆点，向彗核发射着陆器。着陆日期预计为2014年11月11日。
如果一切顺利，“罗塞塔”将成为人类首个近距离绕彗星运行并在彗星表面投放着陆器的探测器。它将持续向地球回传数据，直到电池耗尽或被从彗星上脱落的物质击毁。
彗星是太阳系形成的时候留存至今的碎片，因此那里保存着45亿年前原始太阳系的信息。这次探测有助于解开太阳系的起源之谜，同时回答地球上的水及构成生命的有机物质是否来自于彗星的问题。
接轨彗星
接轨：10年5个月又4天，2014年8月6日，彗星探测器“罗塞塔”号经过10年时间，航行60亿公里后终于与“楚留莫夫－格拉希门克彗星接轨，以每小时最高13.5万公里的速度绕太阳飞行，与彗星相距不到100公里，它自带的照相机拍摄了彗星表面的照片，呈现了大若房屋的巨石。成为人类史上首个进入彗星轨道的太空飞行器。
“由于远离太阳难以给太阳能板充电，“罗塞塔”还经历了长达31个月的“深度睡眠”，直到2014年1月才被唤醒。
拟着陆点
2014年8月27日，欧洲空间局的“罗塞塔”探测器飞行了10年后将在67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星着陆，是“罗塞塔”携带的一个着陆器着陆，它名叫“莱菲”。前不久，“罗塞塔”探测器抵达彗星后开始了环绕拍摄，对彗星表面进行了详细观测，为“莱菲”寻找一个合适的着陆场。
2014年9月15日，罗塞塔彗星探测器已经为它的菲莱着陆器在彗星67P/Churyumov-Gerasimenko表面上选择了一个着陆目的地。彗星67P/Churyumov-Gerasimenko外形看似由两个组成部分“连体”而成，最大直径约4公里，其不规则的外形条件并不利于着陆器的平稳投放。
专家们起初在8月底选出5个候选着陆点，分别命名为A、I、B、J和C点（均位于一个面积为1平方公里的椭圆形区域内），并通过分析每个候选地点的相关图像与数据信息，于上周末在法国图卢兹召开的一次为期2天的会议上选出了一个首选着陆点和一个备用着陆点。
被命名为“J点”的首选着陆点位于彗星“头部”。与其他候选地点相比，J点所在区域的大多数斜面的倾角都小于30度，且周围石块数量较少，大大降低了菲莱着陆器在着陆时发生倾倒的风险；另外，该区域能吸收大量的太阳光照，可在菲莱着陆器电池初始电量耗尽后帮其充电，确保科学观测活动继续进行。
备用着陆点C点位于彗星的“身体”部分，一旦更多的分析表明J点并不适于着陆，C点将取而代之。
目前，科学家和工程师们正在设计向J点投放菲莱着陆器的确切路线。欧空局说，之所以要在11月中旬以前完成菲莱着陆器的着陆操作，是因为彗星会因接近太阳而变得更加活跃，从而影响罗塞塔彗星探测器在轨道中的位置，给菲莱着陆器着陆带来困难。
登录彗星
2014年11月12日欧洲太空总署称，“菲莱”号探测器12日已经与母船分离，“菲莱”号探测器于格林尼治标准时间12日8点35分(北京时间下午4点35分)被从运载飞船上弹出。开始踏上首次登陆彗星之旅。
欧洲太空总署称，“菲莱”号探测器已经与“罗塞塔”号飞船分离，现在即将成为在彗星上登陆的首个航天器。着陆预计在大约7个小时后展开。[2]
2014年11月14日，欧航局还确认，“菲莱”着陆后完成了一些实验，已传回彗星表面和浅层物质的分析数据。
能源危机
2014年11月14日，位于德国达姆施塔特的欧洲航天局表示，彗星着陆器“菲莱”主电池的电量即将耗尽，按照设计，“菲莱”在主电池电量耗尽后将依靠太阳能电池供电，但根据“菲莱”传回的照片，科学家推测，“菲莱”位于一处峭壁的阴影中，每天（一个彗星日为12．4小时）只能获得一个半小时的太阳光照，在日照不足的情况下如果不进行调整，着陆器的太阳能电池将无法为其继续工作提供足够电能。
着陆器项目主管斯特凡·乌拉迈克表示，一旦重新与“菲莱”建立联系，地面控制人员将尝试让“菲莱”调整角度或跳出阴影，以获取更多的太阳光照。
乌拉迈克还确认，“菲莱”已经启动了一个钻探设备，以获取彗星内部的物质样本，但样本提取情况目前尚不清楚。原因是“菲莱”必须借助正在围绕彗星运转的母船“罗塞塔”才能与地面建立联系，但由于“罗塞塔”已经进入彗星地平面以下位置，“菲莱”获取的数据无法传送至地球。预计下一次建立联系的时间是欧洲中部时间14日晚10时（北京时间15日清晨5时）。但“菲莱”的主电池电量可能会在重新建立联系之前就耗尽。