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惊险十小时,朱诺号航天器点火穿越木星阴影

在一段无所畏惧的旅途中,朱诺号完成了一次史无前例的发动机点火,它的目的是什么?是为了拯救朱诺号或者说为了完成它去向木星的最后一点使命。

木星投射出一个深邃无比的阴影。如果朱诺号试图穿越这片阴影,这深邃的黑暗足够杀死它。

与其让朱诺号在木星的背面进行12小时的无动力飞行,然后在另一面再重新启动。NASA采用了另一个行动方案:朱诺号的反作用推动器点火10.5小时,以让它逃出木星致命的阴影。

10.5小时是一次非常长时间的消耗,他用尽了大概73kg(160lbs)的燃料,如果不这样做,朱诺号会在下半年冲进木星的背面阴影。这是下次朱诺号最接近这颗气体气行星的时候,这将不止花费12小时在阴影之中,时间长到足够完全地耗尽它的电量。

在没有电量维持的情况下,朱诺号自身温度会迅速下降,它可能会葬身于严寒之中。

幸运地是,这次点火非常成功,根据朱诺号首席研究员斯科特·博尔顿告诉我们:“这是一个令人惊奇并富有创造力地解决通过木星阴影的办法。”

位于圣安东尼奥的西南研究所的朱诺号首席研究员斯科特·博尔顿告诉我们:“因为这次成功的点火,朱诺号将在下半年在正确的轨道离开木星阴影”

“跳过木星阴影这个令人惊奇并且富有创造性的解决办法就像一个致命几何,日食对于太阳能航天器来说真的不是一个好消息。现在我开始期待下一个由朱诺号发回的关于木星的科学发现,而不是担心它会在严寒中死去。”

这个回避阴影的点火突出课朱诺号的轨道有多么复杂。

自从2016年7月朱诺号在木星轨道上的时候,它已经修改过一系列长椭圆形的运行轨道。

朱诺号要去回避的不仅仅是黑暗这一件事。木星强烈的辐射使得朱诺号只能非常小心地穿越它的邻近地带。每个经过极点的轨道使朱诺号更加靠近木星有着强烈辐射的地带,然后潜入下方去完成研究最好的地方。

(NASA/JPL)

但每个椭圆轨道只能使朱诺号有短暂的时间靠近木星,强烈的辐射使得朱诺号的每一次靠近都会使它自身的电子器件和所搭载的仪器受到损害,大大缩短了它们的使用寿命,到最后,即使这些仪器都被护在钛金属的箱子里,这些仪器也会停止运作,这时这个探索任务也就结束了。

然而朱诺号带着它自身所搭载的仪器在木星的阴影中度过12小时,将会使它的任务提前结束,任务的过早结束会让我们失去很多知识,包括令人惊奇的朱诺卡诺图像。

所以善于躲避危险的朱诺号被命令避免投入黑暗之中,即使在反应控制系统中使用联氨推进剂的方式会花费大量的资源。

朱诺号不是被设计用来在黑暗中遨游的。事实上,在朱诺号的整个任务规划中,它只需要在早期的航行时在黑暗中度过十分钟,以通过地球的阴影。

这是因为朱诺号是依靠太阳能作为能源来完成自身的操作而不是用像其他的远离太阳的航行中常用的使用放射性同位素发生器作为能源。朱诺号是第一个使用太阳能来执行远离太阳的任务的航天器。

在任务初始,朱诺号有三个太阳能帆板来产生490瓦的电能。但是随着时间的流逝,太阳能帆板的转换效率下降,以至于在任务后期这三个太阳能帆板只能产生大概420瓦的电能。

但是即使在最高的转换效率时,朱诺号的太阳能能源供给系统也不能帮助它在12小时的黑暗中存活下来,它的电池虽然比一般的大但终究是有限的,而且不能为了以防万一发射一个带着额外电池的航天器。

这不是第一次在朱诺号轨道管理上的难题。事实上,这次的规避阴影的运行时必须的,因为木星轨道上的其他变化。

图解:哈伯太空望远镜紫外线下的木星极光影像。明亮的磁通管条纹和斑点连接到木星最大的卫星(埃欧:在明亮的磁通管最左边,佳利美德在中间,欧罗巴是右边的点)。

当朱诺号第一次进入环木星轨道时,它花了53天才完成一次轨道运行。这个计划想要通过一次推进器点火使得轨道运行周期缩短到14天。但当工程师们认为能源输出出现问题时,他们将维持53天的运行周期。

更短的14天运行轨道意味着更少的时间在飞跃点进行科学研究。朱诺号将仍然运行完它所有的轨道,但因为没有进入14天的运行轨道,科学研究时间将增长。所以当原定的任务计划中没有对抗12小时黑暗的办法,计划就被更改了,这也是10.5小时发动机点火所必要的原因。

图解:朱诺号太阳能电池板照明试验

埃德·赫斯特是位于加利福尼亚帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室的朱诺号的项目负责人。在一份新闻稿中,他赞扬了朱诺号操作团队的技能以及朱诺号本身的多功能性。

赫斯特说:“发射前的任务规划并没有预料到一次长时间的日食会使我们的太阳能航天器陷入黑暗之中。”

“我们能在木星轨道上计划和执行必要的调动,这证明了我们团队的聪明才智和能力,以及朱诺号的非凡能力和多功能性。”

朱诺号飞向木星的任务由美国宇航局喷气实验室管理。它于2011年8月5日发射并在2016年7月5日进入木星轨道。这个任务计划于2021年7月结束,到时飞船将冲入木星大气层自我毁灭。

相关知识阅读

朱诺号是NASA环绕木星的太空探测器。它由洛克希德·马丁公司建造,和由NASA喷气推进实验室运营。作为新疆界计划的一部分,太空探测器于2011年8月5日被从卡纳维尔角空军基地发射升空,并于2016年7月5日进入木星的极轨道。探测的持续时间为20个月。完成任务后,“朱诺号”将脱离轨道进入木星的大气层。

图解:到达木星的朱诺号

朱诺号已于东八区时间2016年7月5日到达木星。探测器将放置在绕极轨道,研究木星的组成、重力场、磁场、磁层和磁极。朱诺号也要搜索和寻找这颗行星是如何形成的线索,包括是否有固态核心、存在木星大气层深处的水量、质量的分布、风速可以达到618千米每小时(384英里每小时)的深度。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. EVAN GOUGH, UNIVERSE TODAY--文宇

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