金星快车
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中文名: 金星快车 发射日期: 2005年11月9日 大 小: 1.5 m × 1.8 m × 1.4 m 发射质量: 1250kg 推进剂: 570kg 有效载荷: 90kg |
之所以称为金星“快车”，并不是因为它跑得快，而是研制速度快。欧洲空间局在设计“金星快车”时曾利用了“火星快车” 和 “罗塞塔”探测器的结构和相当多的仪器。“金星快车”项目提出于2001年，从提出最初构想到探测器准备发射总共只用了4年。 正如欧洲空间局金星探测项目领导人顿·马科伊所说的：“我们的探测器是名副其实的‘快车’，因为此前还没有任何一个宇宙探测 项目进展得如此之快”。[1]
目录
简介
“金星快车”是欧洲首个金星探测器，于2005年11月9日自哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘“联盟”运载火箭升空。“金星快车”的研发工作耗时4年，造价3亿欧元。 “金星快车”将对金星进行为期486天的探测，主要任务是对神秘的金星大气层进行更精确的 探测，分析其化学成分。此外，探测器还将就太阳风对金星大气和磁场的影响进行分析，并观测金星气候变化。
探测器设计寿命至少达4年。“金星快车”总重量1270公斤(93公斤有效载重，570公斤燃料)。其外形尺寸为1.5 ×1.8 ×1.4米(不计 长约8米的太阳能电池板)。
“金星快车”携带了7种仪器，有空间等离子体和高能粒子分析器、高分辨率红外傅立叶变换光谱仪、紫外与红外光谱仪、无线电科学仪器、紫外-可见光-红外成像光谱仪、低频雷达探测器和金星探测照相机。
可以对金星大气、离子环境及其与太阳风的相互作用等进行测量。金星快车于2005年11月9日发射，2006年4月进入金星轨道，预计2015年中期终止任务。
发射“金星快车”探测器是为进一步揭示金星大气层的奥秘。人类最近一次探测金星是在1989年5月4日，美国用亚特兰蒂斯号航天飞 机将“麦哲伦”号金星探测器带上太空，并于第二天把它送入金星的航程。在金星探测停顿了16年之后，“金星快车”的发射将推动 人类对金星的研究迈入一个新阶段。
发射目的
解决地球未来温室效应
金星与地球有很多相似的地方，如外形、质量、大小。但是金星上的气候却与地球有着天壤之别--它厚密的大气具有极强的腐蚀性， 温室效应也极为严重，巨大的气压连同炼狱般的高温也曾使前苏联探测器亡命此处。本次“金星快车”的探测任务就是要去揭开金星 为何具有如此残酷的环境之谜。
2005年10月26日欧洲宇航局的“金星快车”探测器将从拜科努尔航天发射场启程前往金星。这一探测任务将帮助科学家们解决有关地 球未来温室效应的问题。
金星快车其探测金星的主要目的是获取有关金星极为严重的温室效应的最新信息。
据科学家们计算，两米大小的“金星快车”在升空后将花费5个月时间飞越4000万公里前往目标。金星是距离地球最近的行星，其大小近似地球，但它上面的大气环境却极其恶劣。金星浓密的云层中含有大量的二氧化碳，这导致金星表面温度高达450摄氏度并不断接受酸雨的洗礼。
据牛津大学弗雷德-泰勒教授称：“今后，地球的温室效应尽管不会变得像金星那么恐怖，但却仍然在朝着这一方向发展。地球温室效应日益加强的祸首是二氧化碳，金星温室效应的罪魁当然也是这种气体”。
另据从事此项研究的科学家安德鲁-库兹表示：“本次探测任务将解释金星浓密的大气到底是如何发挥作用的，它又是如何与金星表面相互影响如何影响其周围空间的。通过对金星难以遏制的温室效应进行研究，有利于科学家们解决地球未来的温室效应问题”。
主要任务
“金星快车”探测金星的主要任务是：在空中对金星表面进行扫描、研究金星大气的构成、研究金星上火山活动情况。科学家们称， 金星上有剧烈的火山喷发活动，这导致金星表面近90%的地方全被淹没在火山熔岩中。“金星快车”还将研究金星两极地区的旋风。预计，该探测器将对金星进行至少两年的探测。
探测计划
原计划于2005年10月25日从拜科努尔航天发射场出发前往地球的近邻金星执行探测任务的欧洲宇航局的“金星快车”探测器由于技术 原因推迟到11月9日发射。这是欧洲首次向金星发射探测器去研究这颗最明亮也离地球最近的行星。
据牛津大学“金星快车”探测项目成员弗雷德-泰勒教授称，金星之所以能让科学家们如此着谜，就是因为美国和俄罗斯(包括前苏联)之前的一系列探测任务都几乎毁于金星严酷的环境。“金星快车”装备的诸多仪器就是为了去研究金星厚密的云层、周围环境，并从 取回样品加心分析比较来解释为何它与地球有着如此大的区别。
另据原始微粒与天文物理研究协会的凯斯-马森教授称，地球大气目前正不断被污染和变热。研究金星有利于科学家们更深地了解地球气候的演变进程。
“金星快车”探测任务继承了欧洲宇航局“火星快车”和“罗塞塔”号探测任务所取得的成果。该项目耗资达1.4亿英镑(2亿欧元)， 探测器设计寿命至少达4年。
英国科学家和商业人士与牛津大学的科研小组都积极参与了本次探索任务。伦敦大学空间科学实验室等着名科研机构还为探测器开发 出等离子分析仪ASPERA-4，它将被用来研究太阳风与金星大气之间的相互作用。
英帝国大学(Imperial College)和谢菲尔德大学的科学家们还联手打造了地磁仪，它将通过感应磁场来研究太阳风与金星大气的相互 影响。另外还有一些仪器将被用来研究可能存在的金星火山活动之类的问题。
此外，“金星快车”上还安装了金星监测照相机(它根据金星表面温度的变化而拍摄不同色彩的照片)、金星无线电科学实验仪器、红外及紫外线光谱分析仪器、可见光-红外光成像仪和能够对金星大气温度进行立体测量并能探测火山活动的光谱分析仪。
根据目前计划，“金星快车”在经过5个月4100万公里的长途飞行后将于2006年4月份开始进入金星轨道工作。预计它将在金星轨道上 工作500天(2个金星日)。
金星每九个月与地球近距离约会一次，“金星快车”就是选择了这样一个时间段来发射。在经过162天的飞行后，“金星快车”将进入椭圆形的金星极地轨道，与金星表面的距离为250-6600公里。探测任务将持续两个金星恒星日(约500个地球日)，如果有可能，“金星快车”还将再加500天的班。
金星快车
是欧洲/俄罗斯联合公司斯塔瑞森（Starsem）制造的联盟号飞船。发射质量1270千克，包括93千克轨道器有效载荷和570千克燃料。
轨道器
轨道器设备包括：金星监视照相机、空间等离子体和活性原子分析器等。
控制中心
宇宙飞船由位于德国达姆施塔特市的欧洲太空控制中心操纵。
星体构造
“金星快车”星体有7个分系统，即结构、温控、电源、推进、姿态与轨道控制、通信和数据管理分系统。
结构系统
金星快车结构
“金星快车”的星体大致呈方形，尺寸为1.65米×1.7米×1.4米，总体构型为核心结构加外围结构。
1、星体被核心结构的隔板分割成6个隔舱。主要搭载的仪器包括：
对温控和/或指向性能有苛刻要求的：行星傅里叶光谱仪（PFS）、金星大气特征研究分光计（SPICAV）和可见光与红外热成像光谱仪 （VIRTIS））集中放置于-X轴向隔舱内，靠近探测器-X轴冷面和姿态与轨道控制系统基准单元（惯性测量装置和星跟踪器）。
MAG磁强计的传感器和可伸缩支杆装在星体外部顶板上。空间等离子体与高能原子分析仪（ASPERA）4的传感器装在底板和-Y轴侧壁上 。
推进系统的安装与火星快车相同。两个推进剂贮箱安装在核心结构的中心部位，主发动机位于底板之下并指向-Z轴方向，而8台推力器则设在星体的4个底角处。
2、外围结构
两个太阳翼安装在±Y轴的侧壁上，可绕Y轴旋转（接口同火星快车）。
温控系统
在任务的各个阶段，探测器的温控系统用于使所有设备都处在容许的温度范围内。这些设备分为两类，即集中控制装置（由温控系统 统一进行隔热和加热）和单独控制装置（自备温控措施（如涂层、加热器和隔热件））。
电源系统
金星紫外波段下的云层高度图像
金星快车的电源系统高度自主。探测器上对称安装有两个太阳能电池阵，每个由两块帆板组成，总面积5.7平方米，采用三结砷化镓电池。
太阳阵在地球附近可产生至少800瓦的功率，在金星轨道上的发电功率为1100瓦。在日蚀期或当探测器用电需求超出太阳阵供电能力时，可由3组24安时的锂离子电池供电。
推进系统
金星快车的推进系统与“火星快车”所用的双元推进剂系统相同，但加注了更多的推进剂（约530公斤，而“火星快车”约为430公斤 ）。推进剂为四氧化二氮和单甲基肼，供分四组安装的8台推力器和主发动机使用。主发动机推力为415牛，推力器单台推力为10牛。
轨道控制
金星快车采用了固定安装的高增益通信天线和只有一台主发动机的推进系统配置，从而要求它有高度的姿态机动能力。
探测器的姿态测量采用星跟踪器和陀螺仪来进行。
姿态与轨道控制系统的传感器包括两台星跟踪器、两台惯性测量装置和两台太阳捕获敏感器。每台星跟踪器都有一个16.4度的圆视场 ，能利用星等为5.5或更高的恒星进行测量。每台惯性测量装置使用3个环形激光陀螺和3台加速度计。太阳捕获敏感器用于在太阳捕获模式下或在姿态捕获或重新捕获过程中为探测器定向。
姿轨控系统采用由4个斜置反作用轮组成的反作用轮组合，能利用其中任意三个轮来完成大部分基本飞行动作。
通信系统
“金星快车”的通信系统由一台双波段转发器（DBT）、一台射频分配单元（RFDU）、两台行波管放大器（TWTA）、一台波导接口单元（WIU）和4部天线组成。双波段转发器含两个双重收发链路，每路均设有X波段发射机、带5瓦末级放大器的S波段发射机、X波段接收 机和S波段接收机。
数据管理
金星快车
数据管理系统有4个相同的处理器模块，分置于两个控制与数据管理单元内。两个处理器模块专供数据管理系统使用，另两个供姿轨控系统使用。
固态大容量存储器用于数据存储，最大容量为12GB。它与两台数据管理系统处理器、传输帧发生器（TFG）以及VIRTIS和VMC仪器相连 。
控制与数据管理单元控制地面指令的接收和执行、星务管理及科学和遥测数据的存储以及存储数据发送前的格式编排。它还用于进行 星上数据管理、控制律处理和星上控制程序的执行。
姿轨控系统接口单元负责姿轨控系统传感器、反作用轮、太阳阵驱动装置及推进传感器和作动器。远程终端单元与探测器其它系统和 仪器连接。
探索历史
20世纪50年代，天文学家们曾认为金星上有茂密的绿色森林和石油的海洋。但这一设想最终被推翻。
占星学家称，金星不但会影响人的爱情，还会影响商人的生意。
太阳系其它行星都同方向自转，只有金星逆向旋转。
1970年前苏联发射的“金星-7”号探测器是人类第一个登陆金星的探测器，也是除月球之外人类发射到其它星球上的第一探测器。它 在金星表面“存活”了仅23分钟，随后被巨大的金星大气压力所支解。
太阳系其它行星轨道都是椭圆形，唯有金星轨道近似圆形。
法国人1821年从土耳其购买的美和爱的女神雕像以“维纳斯”(金星)命名，可能是因为金星是当时人们所认识到的已知行星中最亮的 一颗。
2005年11月9日，金星快车自哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘“联盟”运载火箭升空。这是欧洲首次向金星发射探测器，也是十多年来首次有人类探测器再次探访金星。
2006年4月11日，欧洲空间局宣布，格林尼治时间8时07分，金星快车完成减速过程，顺利首次进入环金星椭圆形轨道。
2006年4月14日，欧洲空间局公布了金星快车传回的首批金星图像。这些金星南极地区的图片是探测器4月12日在距离金星20万公里的 环金星椭圆形轨道上由“紫外线、可见光和近红外线成像分光计”和“金星监测照相机”拍摄的。
2006年6月27日，欧洲空间局宣布，科学家对金星快车发回的数据进行分析后确认，金星南极上空大气中存在着奇怪的双漩涡。
2011年11月的《伊卡尔斯》杂志报道了最近“金星快车号”的测量结果，也证实金星阴面有一层薄薄的臭氧层。
2012年4月，金星快车观测到了金星上的“磁重联”现象，通过分析从“金星快车”获得的数据揭示出许多磁场和磁尾中的等离子体有交换能量的现象。在许多方面金星的磁层是地球磁层的缩小版，新发现表明，“磁重联”致使大量等离子体从磁尾中逃逸，这为我们 提供了一种用来解释为什么气体会从金星的上层大气中丢失的新机理。这对于理解金星在经历了“失控的温室效应”之后又丢失掉了 大量的水有帮助。
2012年10月，金星快车在金星的大气里发现一个的寒冷区域，这里的大气温度低至零下175摄氏度，低温环境或许能令二氧化碳冻结成冰或者雪。
在2014年年底之前，“金星快车号”将继续收集数据，为这些问题提供答案。在2015年中期的某个时段，它将坠入金星毒云。
探测纪录
欧航局的“金星快车”创下了多项探测纪录：
1、第一次运用全球监测系统探测金星低空的近红外线；
2、第一次对金星表面不同高度的大气温度和气流运动情况做系统研究；
3、第一次测量金星轨道表面气温变化区域的分布；
4、第一次对金星表面中、高层大气的不同气体如氧气、氮气等的释放进行研究；
5、第一次运用不同的分光仪（从紫外线到热红外线之间的分光仪）对金星进行不间断的观察。
金星简介
金星的轨道位于水星和地球轨道之间，是第二个靠近太阳的类地行星，也是太阳系中唯一一颗没有磁场的行星。在九大行星中金星是 最接近圆形的，偏心率也是最小的。有人称金星是地球的孪生姐妹，确实，从结构上看，金星和地球有不少相似之处。金星的半径约 为6073公里，只比地球半径小300公里，体积是地球的0.88倍，质量为地球的4/5；平均密度略小于地球。但两者的环境却有天壤之别 ，金星的一些特性甚至是难于理解的，因此，金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。
金星浓厚的云层把大部分的阳光都反射回了太空，所以金星表面接受到的太阳光比较少，大部分的阳光都不能直接到达金星表面。如 果没有温室效应的作用，金星表面的温度就会和地球很接近。
未解之谜
尽管探测过金星的飞船已经有26艘，但许多重要问题目前仍不清楚，金星仍是一个神秘的世界。
二氧化碳
二氧化碳是金星大气层的主要成分，占96%，而地球大气中的二氧化碳只占0.033%。地球大气中一度存在的二氧化碳，现在几乎全部禁锢在碳酸盐岩石（如石灰石）中，其数量与金星大气中的二氧化碳数量相当。为什么金星的大气层中的二氧化碳一直以气态形式存在 于大气层中呢？两个原本性质相近的行星又何以演化为南辕北辙的两种世界？金星快车的任务之一正是要为我们解开这个谜。
液体海洋
有一种理论认为，金星曾经比较冷，有过海洋。在金星演变的某个时期，温度升高，逐渐蒸发海洋。水分蒸发进入上层大气，在那里 被太阳加热逐渐分解。其中的氢逃逸到空间。海洋中的二氧化碳逐渐进入大气中，使大气变厚，阻碍大地向太空散发热量，从而引起 地面气温升高，产生温室效应。为了证实金星曾经有液体海洋的理论，需要详细探测金星大气层中氘（氢的同位素）的含量与分布。
活火山
根据美国“麦哲伦号”的探测，科学家们确认金星曾经是太阳系中火山活动最频繁的行星。几十亿年以来，火山不断爆发。但其爆发 的原因仍然是个谜。也许爆发仍在继续，大气中的有毒气体硫不断增加。但目前还没有获得火山仍在喷发的证据。
有无生命
一般人们认为，金星地表温度太高，大气压力也太大，大气中含有大量极具腐蚀性的酸蒸气，不适合生命的存在。但美国得克萨斯州 大学的一个研究小组动摇了这一结论。他们的研究表明，金星实际上可能有生命。他们发现金星大气里有神秘的斑块在旋转，经过分 析，认为这些斑块可能是细菌群体。这些微生物云可能在金星大气50公里上空的云中生存着，因为这儿的环境相对柔和，有水滴存在 ，温度是70℃，大气类似地球。他们在分析以往探测器的资料之后，发现金星上出现了化学上的怪事，只能用有活的微生物存在来解 释。他们原本期望在这些资料里找到大量由太阳光和闪电造成的一氧化碳，结果发现了硫化氢和二氧化硫，这两种气体一般不会一起 被发现，除非有某种东西在产生它们。他们也发现了硫化碳酰，这是一种很难通过无机化学方式产生的气体，一般认为它的出现和活 的有机体有关。因此他们分析金星上可能有一种我们还不知道的产生氢和硫化碳酰的方法，但产生这二者都需要催化剂。在地球上最 有效的催化剂就是微生物。他们认为这些微生物可能利用太阳的紫外光作为能源，这就可以解释为什么在金星的紫外图像上存在着这 些奇怪的暗斑了。尽管如此，许多科学家还是怀疑他们的结论。因此，需要对金星大气进行深入的探测才能得到某种可靠的答案。
超旋之谜
金星云层中自东向西刮着每秒80米至110米的大风，比地球上的台风要强得多。金星赤道自转速度为每秒1.81米，仅相当于最大风速的60分之一，故科学家们将这一疾风称为“超旋”现象。发现此现象虽已40多年，但仍是不解之谜。
未来议题
在未来的金星探测中，除了考虑上述未解之谜外，关注的主要科学问题包括：
（1）氪和氙等重的惰性气体的含量，涉及到金星的起源与演变。
（2）微量气体及其同位素的含量，有助于类地行星环境的比较研究。
（3）表面性质，包括地质特征、陨石坑分布。
（4）挥发性物质在内部演变过程中的作用。
（5）金星温室效应的机制。
（6）大气层闪电。
（7）中层大气成分和动力学。
（8）热层动力学。
（9）电离层结构、成分和动力学。
寿终正寝
据外媒报道，日前，欧洲航天署(ESA)宣布，已经为他们服务了8年的“金星快车(Venus Express)”最终还是迎来了它寿终正寝的一刻。“金星快车”于2006年4月进入金星轨道。其实，“金星快车”原定的太空任务时间根本没有这么长，当时ESA只打算让它执行为期2年的太空探测任务。
据了解，今年年初，由于“金星快车”火箭燃料不多，它很有可能会从原先的轨道上坠入金星大气并最终烧毁。为了让“金星快车” 摆脱被烧毁的命运，ESA在6月18日到7月11日期间对其执行了一项名为气阻减速(aerobaraking)的实验技术。在科研人员的努力之下，“金星快车”进入新的椭圆轨道，逃过被烧毁的浩劫。不过在这个过程中，为了稳定飞船，工作人员不得不打开15个推进器。换言之 ，在这个过程中不得不额外消耗一些能源。ESA希望，未来某天气阻减速能够在不消耗一点燃料的情况下就能让飞船进入行星轨道。
不过遗憾的是，虽然气阻减速成功阻止了“金星快车”坠入金星大气，但毕竟这只是一个临时性的解决办法。为了能将这艘飞船的任 务寿命延长到明年，上个月23至30日，ESA又不得不对新的一套引擎执行点火。然而遗憾的是，这次的实验并不成功，从11月28日起，ESA就失去了“金星快车”的信号。虽然后来ESA重新连上了该飞船的遥测和通讯信号，但它们都断断续续，显然，ESA已无法操控这艘飞船。
ESA表示，他们也不清楚“金星快车”上存留燃料的具体数量。现在，这艘飞船已无法改变将变轨并最终坠向金星大气的命运。