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7月14日“新视野”号将飞过冥王星

时间:2015年07月08日 信息来源:中国科学报 点击: 【字体:

Alan Stern在美国“新视野”号任务控制室外复核宇宙飞船指令。 

 

(神秘的地球报道)据中国科学报:7月14日,“新视野”号将飞过冥王星——距离“水手4”号飞过火星,返回其首张照片整整50年。


所有摄像机已经到位。美国科罗拉多州博尔德西南研究院行星科学家Alan Stern穿着一身黑衣,大步流星地穿过停车场。尽管他身材不高,但步子却比一般人都快,甚至大脑通常也比其他人快几步。来自日本广播协会(NHK)的摄制组是跟在Stern身后的四个摄制组之一,摄制组把“长枪短炮”对准Stern,进行清晨远景定场取镜。


Stern执行了一次快速低空飞行。“嗨,妈妈!”他一边说,一边竖起大拇指走进了约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)航天科学大楼。


在大楼中庭头顶上方,悬挂着美国宇航局(NASA)航天探测器“新视野”号的半尺寸模型,该模型实体现正在距离地球50亿公里的太空旅行,每过一天其旅程便会增加100多万公里。这个探测器看上去小得惊人,比Stern本人大不了多少。但像Stern一样,其“抱负”却不小。探测器被包裹在层层金属薄片之内,以保护其载荷的仪器和计算机不受寒冷的侵蚀。由于探测器距离太阳很远,太阳帆板派不上用场,所以一个放射性钚脉冲引擎被安置在探测器内部。其后部由一个大型无线碟形天线操控,该设备可以帮助探测器和地球跨越光在4个半小时内传播的距离进行通话。


25年坚守 邂逅在即


“新视野”号正在接近冥王星——这颗行星一度被认为是最后一颗行星和太阳系边缘孤独的前哨。冥王星被发现于1930年,尽管有太空望远镜和地面望远镜合力开展的最优探测,但对其了解依然接近于零。冥王星变幻莫测的大气环境和斑驳难辨的行星表面依然是尚待探索的谜题,甚至对该行星的大小了解也不精确。


2006年,冥王星被降级为一颗矮行星,这一变化让Stern感到懊恼。然而,Stern可能会说,由于因果逆转,冥王星的科学和公众欢迎度却直线蹿升。如今看来,冥王星确实并非太阳系的终点站,而是通向新前沿的“守门员”。“新前沿”即柯伊伯带,由数十亿颗在海王星轨道之外绕行的小型冰体构成的碟形带,天文学家杰拉德·柯伊伯在1951年提出碟形带的理论,直到1992年该理论才被确认。现在,冥王星已不再是太阳系最小的行星,而是柯伊伯带上的“行星之王”。


7月14日,“新视野”号将会飞过冥王星——距离“水手4”号飞过火星,返回其首张照片整整50年。为了这一刻,Stern已经工作了25年:10年时间用来呼吁开展这一任务的政治和科学夙愿;5年时间用来建造探测器;近10年时间实现太空旅行。他是这项耗资7亿美元的航天任务的首席科学家——这也是至今为止由一名非NASA雇员主持的规模最大、耗资最多的航天项目。现在,他的目标已经实现了99%。


5月的一天,Stern从博尔德来到APL,启动“地平线”号和冥王星会面之前的最后一次科学小组会议。在APL的一间会议室中,50名科学家趴在他们的笔记本电脑前,在他们头顶上的一个大屏幕中,一段视频激励着这个研究小组:记录“阿波罗11”号任务中指挥室内的一小段对话。“指导?前进!控制?前进!”视频中前辈指挥员的声音回荡在会议室中。该项目科学家Hal Weaver说,“Alan已经对这一切做过精心设计。”在抵达冥王星的30天内,Stern希望每天上午都播放不同的励志歌曲。


擦肩探测 仅有9天


Stern站在指挥台上。尽管一切都进展顺利,然而他认为,依然有可能出现问题。“如果还有问题困扰你,要确定趁早把它提出来。”他言辞谨慎,但语调却毫无疑问地带着命令、强势和自信。“我们的这项任务全世界都在关注,近期历史上从未有过任何一项任务受到和它一样高的关注度。另外,我们只有一次拍照机会。它不是轨道探测器,也不是着陆器。”它是一次在Mach42位点的定点飞跃探测,Stern必须要在这一短期相遇过程中尽可能地获取最多信息。


Stern再三强调此次任务的复杂性并不过分。在行星上着陆突出的是降落伞、安全气囊、捕获工具以及制动火箭的复杂性,而轨道探测器在入轨时会带来棘手的炙热燃烧问题,也包含着一些戏剧性因素。相比之下,定点飞越探测似乎更像在公园中的一次散步,只有重力在运行,仅有数次按下相机快门的时间。


在9天的“核心邂逅”期内——7月14日之前的7天及之后的2天,“新视野”将要执行20799个指令。探测器需要扫描前方的路径避开危险碎片,需要进行较小的轨迹矫正,还需要当其在距离冥王星12500公里以内时把探测载荷的仪器指向461个科学观测目标。


在近距离接触后的数小时内,探测器需要经过太空中两个微小的“钥匙孔”——冥王星的阴影和其最大的卫星冥卫一(亦称卡戎),因此它可以利用日食作为背光源探测环绕冥王星和冥卫一的稀薄大气层。当其离开冥王星系统的五颗卫星时,“新视野”号将继续关注冥王星,并借着冥卫一的“月光”对冥王星的阴面成像。“尽管我们已经做了许多演练,但我们不可能模拟所有的事情。”Stern说,“我最担心的是我们没有考虑到的问题。”


反复备战 剑指成功


目前,任务小组已有249项应急计划,以便分辨与减轻所有的风险。这些风险不仅包括对于飞船的风险,如围绕冥王星卫星的碎片带,还包括地球表面的风险。例如,一旦主要任务控制室发生突发情况,“新视野”号还可以通过APL的另一个支撑大楼进行控制。他们甚至还有一项针对“备胎”的措施:该团队还在加州帕萨迪纳市喷气推进实验室(JPL)预备了一个极简控制室——基本上是一台“新视野”号兼容计算机。


哦,当然,还有操练。Stern自夸,已经准备了35次操作准备测试,反复对此次任务的各个方面进行演练。其中,在两年前最大规模的一次测试中,探测器被模拟进行其9天的会面,其间,在天王星和海王星之间的空间中,探测器载荷的设备成功地返回精准的真空空间区域图。


任务组的目标不只是让所有流程平稳运转;他们还准备制造一些轰动性的新闻。有3个所谓的《纽约时报》预备测验,在测验中科学团队要在一定的时限内解释探测器飞行途中的假数据,并制造出有头条新闻价值的消息。为了有所斩获,Stern雇佣了6名记者,让他们签订了保密协定,然后把他们安插在科学团队里。“我从未听说过这样的事。”Weaver说,“我们团队中有人不愿采取这种做法并劝他说,‘你知道,我们都是精通文字的人。我们可以自己动手写文章。’”很明显,Stern并未被说服。


没有人能依靠运气去探索太阳系的边界。“如果没有Stern把任务推到NASA的喉咙边上,这样的任务根本不可能实现。”Stern在西南研究院的同事Hal Levison说,“他的意志力和坚韧性在现在发生的这一切中发挥着关键作用。”


Stern于1957年11月2日出生于路易斯安那州新奥尔良。在研究生时代,他就对冥王星产生了浓厚兴趣。Stern不屈不挠的性格让很多人好奇,在冥王星探索之后,他会做些什么。那一刻距离现在并不遥远,今年8月,该研究团队将会选择该任务的下一个目标:一个小柯伊伯带天体(KBO)。目前有两个候选对象,两个小天体的直径均在50公里左右,并预计在2019年可以抵达。


“新视野”的下一个里程碑将在本世纪40年代末期出现,届时探测器将跨越太阳系边缘,那里来自太阳风的粒子将逐渐减少——尽管探测器的钚引擎在此10年前便已衰竭。在离开太阳系之后,“新视野”号将会无止境地漫步在银河系中,当太阳变成红巨星吞没地球之后,它的生命将超越地球,成为太阳系中人类文明的遗迹。 


(作者:冯丽妃)
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