先驱者10号(Pioneer 10),又称先驱者F号(Pioneer F), NORAD编号5860,是美国无人 行星 探测任务“先驱者计划”的第16颗无人探测器,NASA于1972年3月3日 在 佛罗里达州 的 卡纳维拉尔角空军基地 将其发射。
1973年12月3日,先驱者10号发回第一组近距离拍摄的 木星 图像,先驱者10号对木星的探测持续了2个月,发送回来约500张木星及其 卫星 的照片。 之后,先驱者10号利用木星 引力 加速飞向 土星 ,又借助土星引力加速,于1983年6月13日飞跃 海王星 轨道,开始向 宇宙 深空飞去, 按 惯性 驶向 毕宿五 恒星 。 受财政预算的限制,美国国家航空航天局被迫于1997年3月31日中止了对先驱者10号的常规跟踪和数据接收处理,但还是与它继续进行不定期的联系。 2003年1月22日, 美国航空航天局 接收到先驱者10号的最后一次信号。之后,航天专家认为,因为 放射性同位素 动力源衰变殆尽,估计探测器已无力再向 地球 传送信号,美宇航局于是决定放弃与先驱者10号的联系。
先驱者10号的质量为258 千克 ,其 运载火箭 为擎天神运载火箭Centaur型, 先驱者10号上装有 太阳能电池 和1台用钚-238作燃料的衰变温差 发电机 ,发射机通过直径为2.7米的抛物面天线向地面传送信号,先驱者10号的设计寿命是21个月。 先驱者10号还带有一个镀金铝牌,其上有人类及地球的资料。
先驱者10号主要任务是研究 小行星带 、 木星 的周遭环境、 太阳风 、宇宙射线以及 太阳系 与 太阳圈 之中最远能够到达的地方。先驱者10号是人类史上第一个通过小行星带以及第一个拜访木星的探测器,也是第一个脱离太阳系的探测器。 先驱者10号一共从 地球 上接收了98900个指令信号,向地球发回1260亿个信息单位的资料和照片。
历史沿革
发射
先驱者10号是美国的无人行星探测任务“先驱者计划”的第16颗无人探测器, 运载火箭 为擎天神运载火箭Centaur型,1972年3月3日 ,先驱者10号在 佛罗里达州 的 卡纳维拉尔角空军基地 成功发射。
探测木星
发射后11小时,先驱者10号经过月球。 先驱者10号探测器飞行了半年的时间,进入 火星 和木星之间的 小行星带 ,经1年零9个月,行程10亿千米,于1973年12月飞近木星,1973年12月3日,先驱者10号距离木星最近的地方,大约有13万千米, 先驱者10号对木星的探测持续了2个月,发送回来约500张木星及其 卫星 的照片,最高分辨率约为320千米。 同时还探测到木星的一些物理参数。这些都显示俘获的辐射带强度是 地球 周围范·艾伦带强度的10000倍,其磁场强度特别大。
飞出太阳系
先驱者10号飞跃 木星 轨道后,它利用木星 引力 加速飞向 土星 ,又借助土星引力加速,于1983年6月13日,先驱者10号飞跃 海王星 轨道,开始向 宇宙 深空飞去。成为了第一个飞出太阳系的人造物体。 先驱者10号按 惯性 驶向 毕宿五 恒星 ,要到达毕宿五的恒星,大约还需要200万年时间。
不定时联系
受财政预算的限制, 美国航空航天局 被迫于1997年3月31日中止了对先驱者10号的常规跟踪和数据接收处理。但还是与它继续进行不定期的联系。2001年4月28日,人类第一个飞出 太阳系 的宇宙探测器“先驱者10号”在与 地球 失去联系8个月后,在112亿公里外的太空向地球发回信号。2002年3月3日(发射升空后30年),美国国家航空航天局深空网从先驱者10号成功获取数据。之后于4月27日再次接收到信号。
放弃联系
2003年1月22日, 美国航空航天局 接收到先驱者10号的最后一次信号,但已经没有任何的遥测数据。2月7日,坐落在 加利福尼亚州 、 澳大利亚 和 西班牙 的庞大天线“深度空间网络”与该探测器的联系没有任何结果。航天专家认为,因为 放射性同位素 动力源衰变殆尽,估计探测器已无力再向 地球 传送信号。美宇航局决定放弃与先驱者10号的联系。
截至2018年7月,先驱者10号距离地球122.268个天文单位,速度为每秒11.9953千米。
技术特点
基本设计
先驱者10号上装有 太阳能电池 和1台用钚-238作燃料的衰变温差 发电机 ,发射机通过直径为2.7米的抛物面天线向地面传送信号。原来它的设计寿命为21个月,但它在太空中邀游25年仍然向地面发回信号。
携带仪器
先驱者10号携带了10几种仪器。因为体积较小,很难携带更多的其他设备,比如姿态控制系统、大型电源系统等,所以先驱者10号主要采用各种简单设计的方法。这些仪器都是很专业的,对于探测 木星 起到重要的作用,主要包括磁强仪、辐射仪、温度仪、 照相机 、气压计等。
镀金铝牌
先驱者10号带有访问 地球 外文明的镀金铝牌,其上有人类及地球的资料:雕版印刷的两个地球生物——1个男人、1个女人;表示 太阳系 组成的10个圆圈;一组地球人类的音乐作品,包括中国古典乐曲《 高山流水 》;还有向外星生物表示问候的 盒式录音磁带 等。 铝牌大小为18cm×27cm,固定在探测器天线支撑结构上,因而可以通过天线保护铭牌表面,避免遭受星际尘埃的侵蚀。
性能参数
作用价值
先驱者10号的主要任务是研究 小行星带 、 木星 的周遭环境、 太阳风 、宇宙射线以及太阳系与 太阳圈 之中最远能够到达的地方。 先驱者10号是 美国航空航天局 、也是人类第一个探索太阳系外层 行星 的探测器,开创了人类深空探测的新纪元:它是第一个进入逃逸太阳系轨道的探测器,第一个到达 火星 以外的探测器,第一个穿越小行星带的探测器,第一个全部使用核能源的探测器,也是第一个脱离太阳系的探测器。
“先驱者10号”对木星的探测持续了2个月,发送回来约500张木星及其 卫星 的照片,最高分辨率约为320千米,清晰地显示出了大红斑等木星大气层特征,揭示了木星前所未见的细节。 先驱者10号还发现了 木星 磁层 伸展出的巨大磁尾。 同时还探测到木星的一些物理参数。这些都显示俘获的辐射带强度是 地球 周围范·艾伦带强度的10000倍,其磁场强度特别大。 先驱者10号一共从地球上接收了98900个指令信号;向 地球 发回1260亿个信息单位的资料和照片。
在最后一次发出信号的时候,先驱者10号距离地球大约有122.3亿公里。先驱者的这个纪录,一直保持到1998年2月17日被 旅行者1号探测器 打破。
异常之谜
先驱者10号、11号飞越 木星 和 土星 轨道后不久,地面控制人员开始注意到:两艘飞船的飞行速度似乎比预计的要慢,就好像某种力在非常巧妙地牵引着它们向后朝向 太阳 。起初,地面控制人员认为是燃料泄漏或是探测器行为瞬态偏差造成的。后来又出现许多其他的解释,如“先驱者”异常的减速量级同 宇宙加速膨胀 的量级相当,或这一异常展现了 太阳系 中同样的宇宙膨胀。然而,这仅仅是一种可能性。一些人怀疑,两个探测器是被 暗物质 云牵引或在大尺度上所暴露的 引力 定律的破坏;一些人认为,两个探测器或许已经发现了额外维或奇特 反物质 存在的第一手证据。
好在先驱者系列的数据保存完好且数量巨大,通过多年恢复和分析旧数据,研究飞行器的结构图, 加州理工学院 喷气推进实验室 (JPL)的研究人员在arxiv上发表论文,宣告破解先驱者号异常,认为减缓速度的主要原因是各向异性 热辐射 ,各向异性热辐射能解释80%的减速。