第四章：太空探測器

唐山師范學院物理系

航天科技概論

主講：王志剛wangzhig753@（全校公選課）

第四章：太空探測器第四章：太空探測器

第一節(jié)：旅行者號探測器和海盜號探測器第二節(jié)：伽利略號探測器和麥哲倫探測器第三節(jié)；月球號探測器和喬托號探測器第四節(jié)：“卡西尼”號土星探測器和維佳號

探測器

第五節(jié)：火星探測器和先驅(qū)者號探測器第六節(jié)：金星探測器和尤利西斯探測器第一節(jié)：旅行者號探測器和海盜號探測器

1977年8月20日和9月5日，美國發(fā)射了旅行者2號和1號探測器，這兩個探測器沿著兩條不同的軌道飛行。在一百天后，旅行者1號超過旅行者2號，并先期到達木星考察。1979年3月5日，旅行者1號在距木星27.5萬公里處與木星會合，拍攝了木星及其衛(wèi)星的幾千張照片并傳回地球。通過這些照片可以發(fā)現(xiàn)木星周圍也有一個光環(huán)，還探測到木星的衛(wèi)星上有火山爆發(fā)活動。旅行者2號于1979年7月9日到達木星附近，從木星及其衛(wèi)星中間穿過，在距木星72萬公里處拍攝了幾千張照片。

一、旅行者號探測器1980年11月13日和1981年8月26日，這對探測器分別飛近土星考察。旅行者1號掠過土星時，發(fā)現(xiàn)成千上萬的光環(huán)群，形成一組交錯在一起的環(huán)形彩帶。旅行者1號還著重探測了原來認為是太陽系最大的一顆衛(wèi)星－－土衛(wèi)六，但從拍回的照片上發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六的直徑只有4828公里，而不是過去認為的5760公里，因此判定它小于木衛(wèi)三，從而退居為太陽系的第二大衛(wèi)星。此外，還發(fā)現(xiàn)了土星的幾顆新衛(wèi)星。旅行者2號則對新發(fā)現(xiàn)的土星環(huán)和幾個衛(wèi)星作了近距離探測，向地球發(fā)送回一萬多張照片。

旅行者號探測器本身重816千克，攜帶有105千克科學探測儀器。它的主體是扁平的十面棱柱體，頂端裝有一直徑為3.7米的拋物面天線，左右兩側(cè)各伸出一根懸臂，較長的一根是磁強計支柱，短的一根是科學儀器支架。探測儀器有10種，主要是行星及其衛(wèi)星的攝像設備和各種空間環(huán)境探測設備。旅行者號的土星探測之行，初步揭示了土星家族的面貌。

目前，旅行者探測器都已飛出太陽系，飛向茫茫宇宙深處。旅行者(航行者)旅行者(航行者)旅行者(航行者)航行者木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器木星探測器二、海盜號探測器

1975年8月20日和9月9日,美國發(fā)射了兩個海盜號探測器，用于探索火星上有無生物。這兩個探測器由軌道飛行器和登陸艙組成，長為5.08米，重3530千克，其中軌道飛行器重2330千克，登陸艙重1200千克，用三腳支撐，裝有生物化學實驗箱、測量挖掘設備、兩臺電視攝像機、機械手和電源。并于1976年在火星表面軟著陸成功?！昂１I1號和2號分別于7月20日和9月3日在火星表面軟著陸成功,40分鐘后就將第一張火星彩照發(fā)回地球。它們分別在火星上工作了六年和三年，對火星進行了考察和拍照，共發(fā)回五萬多幅火星照片，分辨率高達200米。四次探測有無生命存在的實驗中，沒有發(fā)現(xiàn)任何高級生命痕跡，從而排除了有關火星人的推測。一、伽利略號探測器

1989年10月18日，美國亞特蘭蒂斯號航天飛機將伽利略號木星探測器載入太空，并送上飛往木星的旅途。這個專門探訪木星的探測器重2550千克，裝有兩臺用钚—238作燃料的發(fā)動機和最先進的科學觀測儀器。它的主要考察目標是木星及其16顆衛(wèi)星，并施放一個探測裝置直接進入木星大氣層考察。1990年2月9日，伽利略號飛過金星時作了順路探訪。1995年12月7日，伽利略號抵達木星，對木星大氣層和輻射帶進行了詳細考察，揭示了木星的真面目。第二節(jié)：伽利略號探測器和麥哲倫探測器二、麥哲倫探測器

1989年5月5日，美國亞特蘭蒂斯號航天飛機將麥哲倫號探測器帶上太空，并在5月6日把它送上飛向金星的旅途。麥哲倫號探測器重3365千克，裝有一套先進的電視攝像雷達系統(tǒng)，能透過厚實的云層測繪出金星上一個足球場大小的物體圖象。它經(jīng)過462天的太空飛行，于1990年8月10日飛臨金星，每隔40分鐘向地球傳回測得的數(shù)據(jù)和拍攝的照片。麥哲倫號探測器首次獲得第一張完整的金星地圖，對研究認識金星上的地質(zhì)地貌，提供了形象的資料。麥哲倫麥哲倫一、月球號探測器

從1958年至1976年，前蘇聯(lián)發(fā)射了24個月球號探測器，其中18個完成探測月球的任務。月球2號探測器，1959年9月12日發(fā)射，兩天后飛抵月球并著陸，成為到達月球的第一位使者，首次實現(xiàn)從地球到另一個天體的飛行。同年10月4日，月球3號探測器飛往月球，三天后飛到月球背面，拍攝了第一張月球背面的照片。1970年9月12日發(fā)射的月球16號探測器，9月20日在月面軟著陸，采集了120克月巖樣品，于24日帶回地球。1970年11月10日，月球17號載著世界上第一輛自動月球車飛向月球。17日在月面著陸后，月球車1號下到月面進行了10個半月的科學考察。它在月球上行程10540米，考察了八千平方米的月面，拍攝了數(shù)百幅月球全景照片和幾萬張月面照片。1973年1月8日發(fā)射月球21號，把月球車2號送上月面考察，取得了更多的成果。第三節(jié)；月球號探測器和喬托號探測器前蘇聯(lián)對月球的探測，使人們對月球的認識更加豐富和完整了。二、喬托號探測器

1985年7月2日，歐洲空間局發(fā)射一個名叫喬托號的哈雷彗星探測器。它的外形是一直徑1.8米、高3米的圓柱體，重950千克。飛行8個月后，于1986年3月14日從哈雷彗核中心607公里處掠過，拍攝了1480張彗核照片。照片上顯示的彗核形狀凸凹不平、參差不齊，彗核長15公里、寬8公里，比維加號測得的數(shù)據(jù)大一些。喬托號對哈雷彗星的探測具有重要價值。一、“卡西尼”號土星探測器

1997年10月，重六噸的“卡西尼”號星際探測器發(fā)射到飛往土星的軌道。這是本世紀最后一艘行星際探測的大飛船。

“卡西尼”號將用七年時間飛達土星軌道，也就是在2004年，它將飛抵土星，進入環(huán)繞土星運行的軌道。那時，它將會放出一個名叫“惠更斯”的探測器，飛往土衛(wèi)六。

第四節(jié)：“卡西尼”號土星探測器和維佳號探測器

“惠更斯”將用22天的時間，降到土衛(wèi)六的表面。當它沖入土衛(wèi)六稠密的大氣層時，速度達到7倍音速，并產(chǎn)生大量的熱?！盎莞埂钡娜蝿?，就是要穿入其大氣層，在近3小時的減速下降過程中，把探測大氣層時所得到的數(shù)據(jù)和圖象，用無線電信號傳送給軌道上的“卡西尼”號飛船，然后再傳回地球。人們希望知道，土衛(wèi)六的表面，是一片汪洋,還是堅實的土地，或者有山有水，二者兼有。研究土星的這顆衛(wèi)星，將有助于了解地球的發(fā)展歷程?？ㄎ髂嵬列翘綔y器(Cassini)CassiniCassiniCassiniCassiniCassini土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀土星景觀二、維佳號探測器

前蘇聯(lián)于1984年12月15日和21日先后發(fā)射維加1號和2號自動行星際站。這種探測器重4噸，裝有質(zhì)譜儀、磁強計、電子分析器、電視攝像機及其他科學探測裝置。1986年3月6日，維加1號到達距哈雷彗核8900公里處，首次拍攝到彗核照片，顯示出彗核是冰雪和塵埃粒子組成的。維加2號于3月9日從距彗核8200公里處飛過，拍攝到了更清晰的彗核照片。經(jīng)過比較分析后，科學家認為哈雷彗核的形狀如同花生殼模樣，長約11公里，寬4公里。維加號探測器還首次發(fā)現(xiàn)彗核中存在二氧化碳和簡單的有機分子，因此，科學家認為從彗核中可以尋找到生命的起源。一、火星探測器

“火星探路者”號探測器1997年7月4日，攜帶火星探路者的飛船進入火星大氣層，由降落傘帶著以每小時88.5公里的速度飄向火星表面，并在著陸前數(shù)秒鐘打開九個巨大的保護氣囊。17時07分火星探路者在火星降落，在密封氣囊的保護下，經(jīng)過一番彈跳翻滾之后，在火星表面停了下來。

第五節(jié)：火星探測器和先驅(qū)者號探測器著陸成功后，飛船打開外側(cè)的三個電池板，重10公斤的6輪“旅居者”號火星車緩緩駛離飛船，落到火星地表。其行進路線是預先確定好的，首先朝目標區(qū)西南部的一個長100公里、寬19.3公里橢圓形區(qū)域緩慢行進。在探測區(qū)，經(jīng)對由古代洪水沖刷形成的一個488平方米的小島作詳盡觀察，科學家發(fā)現(xiàn)火星山谷平原暴發(fā)過多次洪水，并有眾多由水沖擊而來的圓形巖石，其中許多巖石沿同方向排列，表明它們受到同樣水流的沖擊?？茖W家推測當時洪水有數(shù)百公里寬，水流量為每秒100萬立方米?！盎鹦怯^察者”號探測器

1992年9月25日，火星觀察者號探測器發(fā)射成功。它重2.5噸，攜帶7部儀器。經(jīng)11個月飛行7.2億公里后，到達距火星表面378公里的近極軌道，對火星進行長達687天的觀測考察，繪制整個火星表面圖，預告火星天候，測量火星各種數(shù)據(jù)，進一步揭示火星上有無處于原始階段的生命現(xiàn)象，為未來人類移居火星探尋道路。但是1993年8月21日，火星觀察者號探測器突然與地面失去聯(lián)系，不再發(fā)回信息。這次探測令人失望地夭拆了。前蘇聯(lián)的火星探測計劃

前蘇聯(lián)的火星探測計劃可謂路途坎坷：1962年11月1日發(fā)射的火星1號在距地球1億多公里的地方通信中斷，考察失?。?971年5月19日發(fā)射的火星2號探測器，著陸艙在火星上著陸,但卻失去聯(lián)系；火星3號探測器雖然到達火星，但未完成預定的探測計劃；火星4號未能進入火星軌道；火星5號雖然入軌，但工作時間很短；火星6號著陸失敗，飄入蒼茫天宇，不知去向。福波斯1號在宇宙空間已失去聯(lián)系；福波斯2號對火衛(wèi)一考察一段時間后，又出現(xiàn)故障?；鹦牵?6飛船發(fā)射后因故障墜入大海。連連受挫，前蘇聯(lián)不得不重新考慮自己的火星探測計劃。海盜(維京人)火星探測器海盜(維京人)海盜(維京人)海盜(維京人)海盜(維京人)海盜(維京人)火星兩極的登陸者火星兩極的登陸者火星飛蠅(火星Aerobot)火星觀察者火星全球的檢查官火星全球的檢查官火星全球的檢查官火星全球的檢查官火星全球的檢查官火星全球的檢查官火星探險者火星探險者火星探險者火星探險者火星探險者火星探險者在火星上的人藝術家的觀念在火星上的人工作二、先驅(qū)者號探測器

先驅(qū)者號探測器是美國發(fā)射的行星和行星際探測器系列之一，1958年10月到1978年8月發(fā)射，共13個。用來探測地球與月球之間的空間，金星、木星、土星等行星及其行星際空間。

其中以先驅(qū)者10、11號最為引人注目，它們是人類派往外行星訪問的第一批使者。先驅(qū)者10號于1972年3月2日先踏上征途，經(jīng)過1年零9個月的長途跋涉后，穿過危險的小行星帶，闖過木星周圍的強輻射區(qū),與1973年12月3日與木星相會。它飛臨木星時，沿木星赤道平面從木星右側(cè)繞過，在距木星13萬公里的地方穿過木星云層，拍攝了第一張木星照片，并進行了十多項實驗和測量，向地球發(fā)回第一批木星資料，為揭開木星的奧秘立下頭功。在木星巨大的引力加速下，直向太陽系邊疆飛去。于1989年5月24日飛越過冥王星軌道，帶著給外星人的“禮品”－－“地球名片”，向銀河系漫游而去。

先驅(qū)者11號于1973年4月6日啟程，它以探測土星為主要責任。1979年9月1日，先驅(qū)者11號從距土星3400公里的地方掠過，第一次拍攝到了土星的照片。它探測了土星的軌道和總質(zhì)量，測量了土星大氣成分、溫度、磁場，發(fā)現(xiàn)了兩個新光環(huán)。探測了土星之后，先驅(qū)者11號便從天王星近旁掠過，與“先驅(qū)者”10號同于1989年飛離太陽系。一、金星探測器

1961年2月12日，前蘇聯(lián)發(fā)射了金星1號探測器，但卻在距地球756萬公里時通信中斷，無法得到探測的結(jié)果。1967年6月12日發(fā)射的金星4號探測器，經(jīng)過了大約35000萬公里的飛行，進入金星大氣層，成功登陸金星表面。由于金星大氣的壓力和溫度比預想的高得多，使著陸艙受損，未能發(fā)回金星探測結(jié)果。在1970年12月15日，金星7號在金星實現(xiàn)軟著陸，成功傳回金星表面溫度等數(shù)據(jù)資料。測得金星表面溫度為攝氏447度，氣壓為90個大氣壓，大氣密度約為地球的100倍。第六節(jié)：金星探測器和尤利西斯探測器此后，前蘇聯(lián)又相繼發(fā)射了九個金星號探測器。金星9號和10號在金星表面各拍攝了一張金星全景照片，首次向人們展露出金星的容顏；金星13號和14