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太空探測器是能飛向太陽系其他天體的行星探測器,空間探測的範圍集中在地球環境、空間環境、天體物理、材料科學和生命科學等方面。自1957年10月4日第一顆人造衛星發射上天,到2000年全世界已發射了100多個空間探測器。它們對宇宙空間的探測取得了豐碩成果,所獲得的知識超過了人類數千年所獲知識總和的千百萬倍。

空間探測器

1 空間探測器 -空間探測器

 

2 空間探測器 -正文

  對月球和月球以遠的天體和空間進行探測的無人航天器,又稱深空探測器。空間探測器包括月球探測器、行星和行星際探測器。空間探測器是深空探測的主要工具。深空探測主要包括月球探測、行星探測和行星際探測。探測的主要目的是:了解太陽系的起源、演變和現狀;通過對太陽系內的各主要行星的比較研究進一步認識地球環境的形成和演變;了解太陽系的變化歷史;探索生命的起源和演變。空間探測器實現了對月球和行星的逼近觀測和直接取樣探測,開創了人類探索太陽系內天體的新階段。
  空間探測系統包括空間探測器和深空網。空間探測器是系統的空間部分,裝載科學探測儀器,執行空間探測任務。為執行不同的探測任務和探測不同的目標,可構成不同的空間探測系統。空間探測的主要方式有:①從月球或行星近旁飛過,進行近距離觀測;②成為月球或行星的人造衛星,進行長期的反覆觀測;③在月球或行星表面硬著陸,利用墜毀之前的短暫時機進行探測;④在月球或行星表面軟著陸,進行實地考察,也可將取得的樣品送回地球研究。
  1959年1月,蘇聯發射了第一個月球探測器──「月球」1號,此後美國發射了「徘徊者」號探測器、「月球軌道環行器」、「勘測者」號探測器和「阿波羅」號飛船。60年代初期,美國和蘇聯發射了多種行星和行星際探測器,分別探測了金星、火星、水星、木星和土星,以及行星際空間和彗星。其中有「先驅者」號探測器(美)、「金星」號探測器(蘇)、「水手」號探測器(美)、「火星」號探測器(蘇)、「探測器」(蘇)、「太陽神」號探測器(美國與聯邦德國合作)、「海盜」號探測器(美)、「旅行者」號探測器(美)。到1984年底,美國和蘇聯共發射了109個空間探測器,美國在1972年3月發射的「先驅者」10號行星探測器,大約到1986年10月可飛越過冥王星的平均軌道,成為第一個飛出太陽系的航天器。
  飛行原理  空間探測器離開地球時必須獲得足夠大的速度(見宇宙速度)才能克服或擺脫地球引力,實現深空飛行。探測器沿著與地球軌道和目標行星軌道都相切的日心橢圓軌道(雙切軌道)運行,就可能與目標行星相遇,或者增大速度以改變飛行軌道,可以縮短飛抵目標行星的時間。例如,美國「旅行者」2號探測器的速度比雙切軌道所要求的大0.2公里/秒,到達木星的時間縮短了將近四分之一。
  為了保證探測器沿雙切軌道飛到與目標行星軌道相切處時目標行星恰好也運行到該處,必須選擇在地球和目標行星處於某一特定相對位置的時刻發射探測器。例如飛往木星約需1000天的時間,木星探測器發射時木星應離會合點83°(相當於木星在軌道上走1000天的路程)。根據一定的相對位置要求,可以從天文年曆中查到相應的日期,這個有利的發射日期一般每隔一、二年才出現一次。探測器可以在繞飛行星時,利用行星引力場加速,實現連續繞飛多個行星(見行星探測器軌道)。
  技術特點  空間探測器是在人造地球衛星技術基礎上發展起來的,但是與人造地球衛星比較,空間探測器在技術上有一些顯著特點。
  控制和導航  空間探測器飛離地球幾十萬到幾億公里,入軌時速度大小和方向稍有誤差,到達目標行星時就會出現很大偏差。例如,火星探測器入軌時,速度誤差1米/秒(大約是速度的萬分之一),到達火星時距離偏差約10萬公里。因此在漫長飛行中必須進行精確的控制和導航。飛向月球通常是靠地面測控網和空間探測器的軌道控制系統配合進行控制的(見航天器軌道控制)。行星際飛行距離遙遠,無線電信號傳輸時間長,地面不能進行實時遙控,所以行星和行星際探測器的軌道控制系統應有自主導航能力(見星際航行導航和控制)。例如,美國「海盜」號探測器在空間飛行八億多公里,歷時11個月,進行了2000餘次自主軌道調整,最後在火星表面實現軟著陸,落點精度達到50公里。此外,為了保證軌道控制發動機工作姿態準確,通信天線始終對準地球,並使其他系統正常工作,探測器還具有自主姿態控制能力。
  通信 為了將大量的探測數據和圖像傳送給地面,必須解決低數據率極遠距離的傳輸問題。解決方法是在探測器上採用數據壓縮、抗干擾和相干接收等技術,還須盡量增大無線電發射機的發射功率和天線口徑,並在地球上多處設置配有巨型拋物面天線的測控站或測量船。空間探測器上還裝有計算機,以完成信息的存貯和處理。
  電源 太陽光的強度與到太陽距離的平方成反比,外行星遠離太陽,那裡的太陽光強度很弱,因此外行星探測器不能採用太陽電池電源而要使用空間核電源。
  結構  空間探測器承受十分嚴酷的空間環境條件,有的需要採用特殊防護結構。例如「太陽神」號探測器運行在近日點為 0.309天文單位(約4600萬公里)的日心軌道,所受的太陽輻射強度比人造地球衛星高一個數量級。有些空間探測器在月球或行星表面著陸或行走,需要一些特殊形式的結構,例如適用於在凹凸不平表面上行走的撓性輪等。

 

3 空間探測器 -配圖

 

4 空間探測器 -相關連接

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