土星探测器

对土星系进行探测的空间探测器

土星探测器(saturn detector)是对 土星系 进行探测的 空间探测器 ,主要研制的国家是欧美等国。已有 先驱者11号 、 旅行者号探测器 、 卡西尼号 土星探测器等土星探测器。

土星 是 太阳系 的第二 大行星 ,直径是 地球 的9.5倍,质量是地球的95倍。它周围对称匀整的光环绚丽多彩,是一大天文奇观。地球与土星的最远距离可达30亿千米,但人类对它的兴趣不因如此遥远而减弱,迄今已经有了3个探测器对土星进行了实地考察。

概括介绍

先驱者11号 探测器

美国 的先驱者11号是以探测土星为主的航天器,重260 千克 。1973年4月6日自地球出发,在飞过 木星 之后,于1979年9月1日从距 土星 3400千米的地方掠过,第一次拍摄到了土星的照片。它的探测确定了 土星 的轨道和总质量,测量了土星大气成分,温度, 磁场 ,发现了两个新光环。

“先驱者”11号探测器全长2.9米,设有一条直径2.74米的高增益天线,在其之前再装上一条中增益天线。 至于另外一条全方位低增益天线则装设于高增益天线接收器之下。探测器以两块 放射性同位素 热电产生器(RTG)作为能源,在拜访 木星 时仍能产生144瓦特,但到达 土星 时只能产生100瓦特的功率。探测器上还设有三个感应器: 恒星 ( 老人星 )感应器及两个 太阳 感应器,藉以根据相对于 地球 及太阳的位置,及以老人星的位置作后备,用以计算探测器的位置。“先驱者”11号的恒星感应器及起点设定,是按“先驱者”10号的经验而被重新修改的。探测器上的三对火箭推进器,负责控制转轴(4.8rpm)及为探制器提供动力。三对火箭推进器都可以按指令持续燃点,或暂停燃点亦可。探测器甫在发射后就使用备用的发射天线。探测器在1985年二月因电池提供的电力开始下降,而开始需要与其他仪器共用电力。最终,基于 放射性同位素 热电产生器所提供的能源不足以再进行任何实验后,探测器的运作及遥测数据于1995年9月30日终止传送。在终止运作之前,探测器当时正处于离开 太阳 约44.7天文单位的距离,与太阳赤道面形成17.4度的倾斜角,并正以每年2.5天文单位(每秒12公里)的速度飞行。

旅行者号探测器

1977年8月20日和9月5日, 美国 发射了一对孪生探测器 旅行者2号探测器 和1号,获得探测 土星 的新成果。这对探测器在考察了 木星 之后,于1980年11月13日和1981年8月26日飞近土星考察。 旅行者1号探测器 掠过土星时,发现成千上万的光环群,形成一组交错在一起的环形彩带。这样密集繁多的光环是由无数大小不一的 砾石 微粒组成的。旅行者1号还着重探测了原来认为是 太阳系 最大的一颗 卫星 土卫六 ,从拍回的照片上发现土卫六的直径只有4828千米,而不是过去认为的5760千米,因此判定它小于 木卫三 ,从而退居为太阳系的第二 大卫星 。此外,还发现了 土星 和几颗新卫星。 旅行者2号探测器 则对新发现的 土星环 和几个卫星作了近距离探测,向 地球 发送回1万多张照片。

旅行者号探测器 本身重816 千克 ,携带有105千克科学探测仪器。它的主体是扁平的十面 棱柱 体,顶端装有一直径为3.7米的抛物面天线,左右两侧各伸出一根悬臂,长的一根是磁强计支柱,短的一根是科学仪器支架。探测仪器有10种,主要是 行星 及其 卫星 的摄像设备和各种空间环境探测设备。它们的 土星 探测之行,初步揭示了土星家族的面貌。

“旅行者”1号于1980年11月略过 土星 ,于11月12日最接近土星,距离土星最高云层124,000公里(77,000英里)以内。 航天飞机 探测到 土星环 的复杂结构,并且对 土卫六 上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓密的大气层, 喷气推进实验室 的控制人员最终决定了让 旅行者1号探测器 驶近一点土卫六进行研究,并随之终止了它继续探访其余两颗 行星 。结果造访 天王星 和 海王星 的任务只得交予 旅行者2号探测器 。这次靠近土卫六的决定使太空船受到了额外的 引力 影响,最终使太空船离开了 黄道 ,终止了它的探索行星任务。

“旅行者”2号 在1981年8月25日最接近 土星 。当 航天飞机 处于土星后方时(相对 地球 而言),它以雷达对土星的大气层上部进行探测,并量度了气温及密度等资料。 旅行者2号 发现高层位置(气压相当于7百帕时)的气温为70 K(?203°C),而在低层位置(气压相当于120百帕)则量度出143K(?130°C)。北极会多冷10K,但仍会出现季节性变化。略过土星后,船上的拍摄平台有点卡住了,使前往 天王星 和 海王星 的任务产生变量。幸好,地面的工作人员最终把问题解决,那是因为过度使用而令润滑油暂时耗尽。最终 航天飞机 仍是接到继续前进的指令,前往天王星。 

旅行者号探测器 都已飞出 太阳系 ,飞向茫茫宇宙深处。

卡西尼号 土星 探测器

据国外媒体报道, 美国航空航天局 、 欧洲航天局 以及 意大利航天局 共同开发的卡西尼号 土星 探测器已经在土星轨道上运行了10年,这是一艘专门调查土星及其 卫星 系统的行星际探测器,也是人类历史上研制的最先进航天器之一。“ 卡西尼号 ”直径3米,高7米,重6.4吨,携带了27种最先进的科学仪器设备。“卡西尼号”还携带了探测土星最大 卫星 土卫六 的探测器,取名为“ 惠更斯号 ”。 “卡西尼”号 在1997年10月15日发射升空,地点位于 佛罗里达州 卡纳维拉尔角 航天发射场,7年后抵达 土星 轨道,“卡西尼”的到来使得土星及其卫星许多未解之谜被揭开,而且还发现了土星的一些新卫星。“ 卡西尼号 ”任务的关键在于释放惠更斯号探测器,对土卫六的表面进行登陆考察。

自从“卡西尼”号抵达 土星 系统后,取得了许多突破性的发现,比如发现了 土卫六 上存在“湖泊”和巨大的风暴,调查并观测土星上的季节性变化,在前所未有的极端环境中开展科学任务。 “卡西尼”号 是国际合作的土星探测器,总耗资达到32亿美元,其中 美国航空航天局 提供80%的费用, 欧洲航天局 为15%, 意大利 空间局为5%。“卡西尼”号在飞往 土星 的过程中,利用了 行星 引力场进行加速,飞掠了 金星 、月球以及 木星 。

2004年, 卡西尼号 进入土星附近的轨道,并释放了 惠更斯号 着陆器,2005年1月14日,惠更斯号进入土卫六“泰坦”的大气层,成为第一艘在 太阳系 较外侧 天体 上着陆的飞船,调查结果发现了土卫六表面存在液体物质,成分为液态 烷烃 ,与 地球 早期的模样类似,科学家认为土卫六是一个时光机,记录了地球早期的状态,从中我们甚至可以找到生命起源的线索, 土卫六 也是太阳系中最像地球的地方。

“卡西尼”号 的主要调查对象仍然是 土星 ,其任务期将延续到2017年,此前“卡西尼”号为我们呈现了土星上各种奇异的大气现象,比如一个六边形的超级风暴,还有土星一些 卫星 上的羽状喷流等。2017年后, 卡西尼号 的燃料将耗尽,不足以维持在土星的绕行轨道上,科学家将控制探测器坠入土星大气层中。

参考资料

  1. NASA庆祝32亿美元土星探测器运行十周年_科技_腾讯网 腾讯网 2021-11-08