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探测器列传:28.一波三折

2025/3/1
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科学史评话最新专辑

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主持人
专注于电动车和能源领域的播客主持人和内容创作者。
Topics
我将讲述伽利略号木星探测器的发射历程,它历时12年,期间经历了重重困难,最终取得了成功。首先,由于美国80年代全力发展航天飞机,而航天飞机不适合深空探测,导致深空探测项目出现空窗期。伽利略号探测器重量过大,需要大力神火箭发射,但大力神火箭退役,NASA又决定押宝航天飞机,这使得项目严重延误。航天飞机不适合发射深空探测器,需要额外的惯性上面级,而伽利略号所需的惯性上面级能力不足。JPL工程师也不愿意使用引力弹弓效应加速,因为操作复杂且存在风险。在航天飞机货仓中使用液体上面级存在风险,里根政府削减赤字也导致NASA经费减少,不得不放弃使用更优的半人马座上面级。由于经费限制和航天飞机发射计划延误,伽利略号探测器不得不拆分发射。挑战者号航天飞机爆炸事故更是雪上加霜,导致发射计划推迟到1989年10月。事故后,NASA出于安全考虑,再次选择使用固体火箭的惯性上面级,使得伽利略号探测器无法直接飞往木星,不得不采用复杂的引力弹弓方案,这导致通信困难。环保组织反对伽利略号携带核电池发射,并将其告上法庭,但最终伽利略号于1989年10月17日成功发射。伽利略号探测器的高增益天线在打开过程中卡住,导致通信速度下降,科学家们尝试各种方法修复,最终只能通过数据压缩来解决通信问题。伽利略号探测器对加斯普拉小行星和爱达小行星及其卫星进行了观测,并取得了重大发现,例如加斯普拉小行星年龄较轻,爱达小行星拥有卫星等。此外,木星对地球的保护作用也得到了进一步的体现。

Deep Dive

Chapters
本章节讲述了伽利略号木星探测器从立项到发射前的波折历程,包括美国航天政策的变化、大力神火箭退役、航天飞机的使用限制、经费削减以及挑战者号事故的影响等。
  • 美国八十年代的航天探测空窗期
  • 大力神火箭退役
  • 航天飞机不适合发射深空探测器
  • 经费削减导致项目延误
  • 挑战者号事故导致发射延期

Shownotes Transcript

这个探测器的总重量大概是2.2吨。轨道器采用了自旋稳定。也就是说探测器本身每分钟转3.5圈,用陀螺效应来保证自己的姿态稳定。但是,这个探测器很特殊,上半身旋转,下半身不转,因为下半身装着相机等等探测器一起,要是跟着一起打转转,那就没办法拍照了。这个探测器装了个CCD摄像机,清晰度比“旅行者”探测器的高20~1000倍,可分辨出木星卫星表面30~50米范围的细节。还装了红外线和紫外线的光谱仪。整个探测器的CPU是个8位的芯片,计算能力跟任天堂的红白机性能差不多。内存也只有16K。但是性能已经够用了。 当然,既然是自旋稳定,也就无法安装大面积的太阳能电池板,多新鲜啊,装了那不成电扇啦。只能用同位素电池,所以这个探测器也得用一根细长的杆子把核电池伸得远远的,就是怕微量核辐射干扰到了本机的其他仪器。核电池可以提供480瓦的电力。 探测器上有个非常大的伞形天线,就是一张倒开的伞,形成一个反射无线电信号的反射面。折叠起来可以减小尺寸。另外还有一个低增益天线,通信速度很慢,但是方向性不强,不需要特别对准地球。 大气探测器是艾姆斯研究中心研发的,这东西是个锥体。里边装的是大气传感器,可以探测木星大气层基本参数,比如气压、温度,成份等等一系列数据。探测器的外壳很厚,主要是为了隔热抗压。整个探测器重量达到339公斤,壳子就有220公斤重。这个东西最终会被扔进木星大气,最后被高温高压给破坏。所有数据会从两个频段,以128bit的速度通过轨道器中转,发送回地球。