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

水星相对较小,因此往往容易被忽略,然而它却隐藏着巨大的秘密。目前只有两架探测器完成了对水星的探测。如今,这颗行星的第三位也是最具野心的访客——欧洲—日本的BepiColombo项目正蓄势待发。这一对探测器将于10月20日发射升空。在美国宇航局的“信使”号探测器之后,BepiColombo将会探索包括水星扭曲的磁场、超填充的铁核,以及可能通过逃离的挥发性元素雕刻出的奇怪湖状洼地在内的诸多谜团。

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英国莱斯特大学的BepiColombo团队成员EmmaBunce说:“‘信使’号确实对许多关于这颗行星如何形成的理论提出了质疑。”BepiColombo“是一个完美的时机,可以用来回答这些问题”。荷兰诺德维克欧洲空间局技术中心项目科学家JohannesBenkhoff说。

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第一架水星探测器——NASA的水手10号——在1974年和1975年进行了一系列飞行,这大约是在“信使”号探测器之前的40年。但是,让一架探测器进入水星轨道而不让它被太阳俘获是一个棘手的问题。在20世纪80年代,任务规划者们制定了一系列复杂的引力牵引,从而利用其他行星的帮助完成了这些旅行,而这要感谢意大利天体物理学家GiuseppeBepiColombo所做的工作。如今,这项新的探测任务便以他的名字命名。

【水星进行时】

第二项挑战则是如何忍受10倍于地球强度的太阳辐射,同时观测到一颗被加热到400摄氏度的星球表面。这些都推迟了水星探测项目的开展。

bepicolombo号已经完成总装工作

“宇宙飞船从来没有花这么长时间接近太阳。”SeanSolomon说,他是纽约州帕利塞德市拉蒙特—多尔蒂地球观测站的负责人,并主持了“信使”号任务。

编译:徐鹏晖

ESA和NASA的项目都是在20世纪90年代末获得批准的,但是规模较小的耗资4.5亿美元的“信使”号首先发射,并在2011年到达水星。其间,雄心勃勃的斥资16.5亿欧元的BepiColombo项目在开发过程中遇到了一些障碍,包括降解速度过快的太阳能电池板,导致发射时间被推迟了大约5年。日本在2003年加入了这项任务,他们渴望对水星的磁场进行研究。

校对:艾宇熙

亚洲城ca88 ,“火星和金星没有磁场,所以我们的目标是水星。”相模原市日本宇宙航空研究开发机构下属太空与航天科学研究所的BepiColombo项目科学家GoMurakami说。

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。

ISAS的贡献是一架单独的探测器,它携带了5种聚焦于磁层的仪器,而更大的ESA轨道飞行器则装载了11种仪器,可以用来研究水星本身。从ESA在法属圭亚那的太空港发射后,这两架探测器将开始为期7年的旅程——它们将在地球上空盘旋,并两次穿越金星,在2025年最终分离并进入环绕水星的轨道,而在此之前,它将6次穿越水星轨道。

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“信使”号探测器在这颗行星的表面发现了许多不稳定的元素,包括氯、硫、钾和钠,这些元素理应在很久以前就被太阳的热量蒸发了。“水星的形成史上有一些奇怪的现象。”Benkhoff说。一个线索来自于钾与钍的比率,这表明了行星在形成过程中的温度。Benkhoff说,水星的比值指向较冷的来源,比火星更远。在这样的距离下,挥发物更加丰富。如果水星在火星以外形成,并在稍后漂移,它就会保留更多的挥发物。

图一:MMO和MPO的组合体

BepiColombo将会比“信使”号探测器更加清晰地绘制出挥发物的地图,这多亏了一种成像光谱仪,它可以通过被太阳X射线击中的方式来识别元素。这可以帮助它追踪如今的挥发物损失。

图源:ESA

“信使”号发现的水星洼地深达数十米、宽数百米,可能通过逃逸的气体形成。如果自“信使”号访问以来,任何情况都发生了变化,那么这将意味着大量的不稳定挥发物在继续向太空中排放。

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。

BepiColombo还将仔细研究这颗行星南北之间的奇特对比。水星北部有大片地区被光滑的火山物质所覆盖,这些物质一定是最近才喷发出来的,而南部则是坑坑洼洼的,并且年代古老。水星的磁场反映了这种分裂,因为它也被转移到了北部。“这些不对称是如何被联系在一起的?”Solomon问道。

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。

水星内部还有另一个巨大的谜团——这颗星球巨大的铁核延伸到其半径的80%,周围还环绕着一层相对较薄的岩石层。有一种理论认为,在其形成的早期,水星与另一颗天体发生碰撞,进而将大部分较轻的岩石物质炸开,并留下了较重的铁。研究人员预计,到目前为止,铁核已经冷却并凝固,但至少有一部分仍然是液态和翻腾的,从而产生了磁场。

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。

尽管磁场强度是地球的100倍,但水星加速磁层电子的能量水平却接近地球磁层中所见的能级。安阿伯市密歇根大学首席“信使”号调查员JamesSlavin说,欧洲和日本的航天器上的磁力计应该能帮助研究人员了解能量提升背后的过程。他期待着“获得这个谜团的最终答案”。

“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。

对磁层的研究可能还会对了解太阳系以外的地方产生影响。被发现的系外行星围绕着冷红矮星运转,前者可以承载液态水,也可能有生命。但是,由于它们围绕恒星的轨道比水星绕太阳运行的距离更近,因此很可能面临着强烈的恒星风和辐射水平对生命的不利影响——除非行星受到像水星这样的磁层的保护。

“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。”

“如果我们想要了解生命是否能在这样的行星上生存,那么重要的信息之一就是磁层。”Murakami说。

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图二:图注:Bepicolombo正在进行检查

图源:ESA

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。

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。

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。

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。

“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。”

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图三:图注:Bepicolombo的环绕轨道

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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BEPICOLOMBO计划

图片来源:ESA返回搜狐,查看更多

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