太空探测器对太阳系天体的考察一般分为三类:飞越(flyby)、环绕(orbit)和着陆(landing)。
所谓飞越,是指探测器飞越天体,并不作停留,在飞越时近距离拍摄天体的照片,收集遥感遥测数据:轻轻地我走了,正如我轻轻地来,我轻轻地挥手,只带走几张图片。
美国的一群超级富豪正在计划“2018年飞越火星之旅”,去程需要228天,返程需要273天。记住这一天吧,2018年8月21日,超级富豪们将与红色火星匆匆一晤,拍照留念,并在“脸书”上晒照片,你要是看见,给点个赞。
相比飞越,环绕的难度要高得多,因为要做很多精密的控制,才能使探测器刚好和火星的引力“牵手”。太快了,手拉不紧,飞离而去;太慢了,就一头撞到火星上。
相比飞越和环绕,着陆更是难上加难,这牵涉对探测器更精密的控制,还要应付火星大气层和地面错综复杂的情况。
2012年8月6日,火星探测器“好奇”号(Curiosity Rover)圆满完成了登陆火星的任务:以约5900米/秒的速度进入火星大气层,在7分钟内,降速到0,并安全降落在火星一个事先选择好的地形平整的地点。这7分钟的“惊险之旅”向大众展现了尖端卓越的太空技术:从探测器停止旋转,到调整姿势,到打开降落伞,再到着陆,每一步都不能有丝毫的差错。
行星大哥,拉我一把
探测器依靠初始火箭加速脱离地球的引力束缚,在太空无重力环境下,依靠这个初始速度,它就会一直匀速运动下去。事实上,探测器在太阳系中的速度主要是由初始火箭加速给予的。当然,考虑到太阳引力和其他行星的引力影响时,这个速度会慢慢下降。
探测器还有一个重要的动力来源,就是引力助推。当探测器以特定的角度经过行星时,由于行星在绕太阳公转,公转的速度起着一种拖拽作用,使得探测器离开行星后的速度增加了。在电影《火星救援》中,科学家想出的轨道就是让“赫尔墨斯”太空船在飞过地球时,接受补给并得到引力助推,从地球那里借力以加速到达火星。事实上,飞行到外太阳系的飞船,经过几个行星时,会得到行星给予的一次又一次的引力助推。
1997年10月15日,“卡西尼”号探测器从美国肯尼迪航天中心成功发射,经过近7年共35亿千米的孤独寂寞的长途奔波后,终于在2004年7月1日顺利进入土星轨道,成为首个绕土星飞行的人造卫星。
地球距土星只有12.5亿千米,但飞往土星的“卡西尼”号却走出了35亿千米的路程。这是什么原因?原因是它首先要两次掠过金星,而后又掠过地球和木星,最后才踏上去往土星的行程。“卡西尼”号探测器利用“引力助推”,从金星、地球、木星等行星那里“借到”力和动量。漫长的7年之旅,4次成功的“借力”,每一点位置、每一个动作、每一次会合都要经过精心设计,任何一点失误都会造成“乾坤大毁灭”。科学家的精准计算真是令人叹为观止。