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罗塞塔所携“菲莱”着陆器将于今晚登陆彗星

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核心提示:2014年11月12日下午4点35分(北京时间),罗塞塔飞行器将在彗星上空22.5公里处,投放着陆器“菲莱”,当晚10点左右,确认“菲莱”着陆成功与否、状态如何的信息,将带着“宇宙公民”地球人的期待,传回地面控制中心。

罗塞塔所携“菲莱”着陆器将于今晚登陆彗星
罗塞塔飞行器和“菲莱”着陆器(效果图)。

滴答……滴答……欧洲空间管理局官网“罗塞塔”项目主页上,登陆67P/楚留莫夫-格拉希门克(67P/CG)彗星的倒计时正在逼近于“0”。

欧空局发布消息称,2014年11月12日下午4点35分(北京时间),罗塞塔飞行器将在彗星上空22.5公里处,投放着陆器“菲莱”,当晚10点左右,确认“菲莱”着陆成功与否、状态如何的信息,将带着“宇宙公民”地球人的期待,传回地面控制中心。

在罗塞塔“腹内”寄居了10年的“菲莱”,现在,正等待“出征”的那一声号角。

10年前,怀揣美好愿望的人类,向太空发射了“罗塞塔”号彗星探测器;10年来,“罗塞塔”身负重任只身遨游太空;10年后,着陆彗星将成为现实。

让我们一同回顾并走近这个伟大的人类宇宙探测项目——

罗塞塔任务:追逐彗星没商量

彗星,被认为是宇宙大厦的最原始基石,它们从太阳系混沌的46亿年历史中幸存下来。因含有冰和有机材料,彗星被认为向地球“播种”了水甚至生命元素。

欧空局的“罗塞塔项目”,就是通过详细地研究这种冰冷的“宝箱”,期望“解开太阳系进化的奥秘”。

罗塞塔任务第一次被提出是在上世纪末,1993年获得了欧洲空间管理局科学规划委员会的支持,最初锁定的目标是46P/沃塔南彗星,但在确定于2004年发射探测器的同时,将目标修改为1969年被发现的木星族周期性彗星67P/CG。

2004年3月2日,罗塞塔探测器搭乘“阿丽亚娜号”火箭,从法属圭亚那库鲁港升空,于2011年6月到达深空后进入蛰伏期。

今年1月20日,沉睡的罗塞塔被唤醒,8月4日到达该彗星轨道。从发射伊始算起,10年的太阳系旅程接近任务终点。

“三多”运行:系统多、任务多、参与者多

如此长时间的飞行和艰巨的探测任务,离不开综合科学技术体系的全面协作和系统支撑。

位于德国达姆施塔特的“欧洲空间运行中心”为罗塞塔提供了“运行控制中心”,它通过设在新诺尔恰的35米地面平台来控制飞行器,通过位于库鲁的15米地面平台对飞行器激活期、早期调试和近地阶段提供支持。

“罗塞塔地面监控系统”则在所有任务阶段检测和控制飞行器和载荷仪器提供,同时接收、存档并分配载荷仪器的数据。具体来说,该大系统包含四个分系统:

——对罗塞塔飞行器进行全程遥测、遥控和跟踪操作地面站和通信网络系统;

——包括任务控制、数据分配、命令处理、飞行动力学和飞行器模拟器在内的罗塞塔任务运行中心;

——提供科学任务规划支持的地面科学部分;

——提供数据测试、数据检索、命令汇总等服务的通用通信系统。

值得一提的是,在罗塞塔执行任务的某些阶段,地面和飞行器之间的信息往来时长能达到100分钟,因此,它要有一定程度的自治能力,在发生异常现象时,能在短时间内自动纠错。此外,在一些计划内的通信暂停期,比如在2011年6月8日到2014年1月20日期间,罗塞塔需要进入资源节约模式即深空休眠期。这些特殊的要求,为地面监控系统带来一系列挑战。

太空科学任务的运行是个系统工程。虽然对飞行器本身的控制,执行的是欧空局综合运行机制,但其荷载科学仪器的操控和运行,则由研发团队负责——飞行器的搭载设备包括11个轨道仪器和10个着陆仪器,团队分别来自德国、法国、英国、意大利、匈牙利、瑞士、瑞典、芬兰、美国和澳大利亚等国。

与此同时,载荷运行策略的主要工作由“罗塞塔科学工作项目组”负责协调,而罗塞塔科学地面部分为科学项目提供所需技术支撑。

在工程技术方面,各支撑系统和飞行器及设备装置的工程承包商,由来自欧洲14国和美国的50余家专业机构组成,这些机构负责生产、安装、调试和维护所有与任务相关的硬件和软件,为实现科学目标提供了最基础和最有效的保证。

目标“高”“远”:今年着陆、明年伴飞

在追逐、入轨环绕飞行和“触摸”彗星的各类构想中,“罗塞塔任务”的总体目标可谓既“高”又“远”。

这里的“目标”,首先指罗塞塔追逐的、公转周期为6.55年的67P/CG彗星。一般而言,绕日周期在3—10年、远日点在木星轨道附近的彗星统称“木星族周期性彗星”,它与著名的哈雷彗星同属“短周期彗星”,而公转周期在200年以上的均被称为“长周期彗星”。

说这个“目标”比较“远”,一是因为其轨道呈巨大的椭圆形,近日点距离太阳1.86亿公里,远日点则距离太阳8.497亿公里,二是罗塞塔的10年太空之旅飞行距离超过65亿公里,三是地球和罗塞塔之间的距离很远,单程通信所需时间长达28分钟20秒。

说这个“目标”比较“高”,是因为要达到这个目标,需要有效测量以下科学数据:

——彗核的全面特性,包括动态性能测定、表面形貌和成分;

——测定彗核挥发物和耐火物质的化学成分、矿物质和同位素组成;

——测定彗核挥发物和耐火物质的物理属性和相互联系;

——研究彗核表层及慧发内部的彗星活动和发展过程;

——小行星的全面特征,包括动态特性测定和表面形貌及成分。

10年间,罗塞塔经过三次地球重力和一次火星重力的作用,最终被“甩”到深空,在沉睡三年后被“唤醒”,即将登临彗星的“菲莱”着陆器,会携带10种探测仪器,对上述科学目标逐一或并行开展数据和样本的采集与分析。

更让人期待的是,“菲莱”着陆器和罗塞塔飞行器将伴随这颗彗星继续公转,在2015年8月到达近日点附近继续考察彗星的变化全过程。

2015年12月31日,罗塞塔项目全部任务结束。

着陆地点:十中选一、只为“菲莱”

罗塞塔项目因为时间长、目标小等因素,被称为史上“最科幻”的探测项目,这部长达七个小时的“科幻大片”将迎来尖峰时刻——“菲莱”软着陆。

如果成功,前面的长途跋涉才有意义,后面的数据采集才开天辟地。一旦失败,虽然也积累了部分科学经验,但终是前功尽弃。

科学家必先搞清楚“在哪儿”着陆。根据7月份“罗塞塔”发回的最新图像显示,这颗彗星大小约为3.5×4公里,其彗核竟是由两个连接在一起的部分组成,有点像我们熟悉的“大黄鸭”。

经过六周短暂却严谨的数据采集、筛选、对比,“着陆选址小组”从初选的10个地点中,先确定了5个“更有可能”的位置,最终欧空局于10月中旬宣布,选定大黄鸭“头部”的一个被命名为“AGILKIA”的着陆地点,该区域在彗星表面的海拔为0.5米到3.6米之间。

“AGILKIA”之所以能脱颖而出,需要满足以下条件:不仅要在物理层面上达到着陆“安全”标准,还要能够协调罗塞塔和“菲莱”之间的通信所需和太阳能供给,更要满足到所携带科学仪器的工作条件。

万事俱备,只欠东风。一切有关投放“菲莱”的系列指令,将在最后几个小时从地球传给罗塞塔,然后,当倒计时归零,“科幻大片”会如期闪亮登场。

如果着陆成功,2015年年末全部任务结束之时,所获得的全过程各类数据,将一并纳入人类太空探索的知识宝库。

此时此刻,罗塞塔的一举一动牵动着热爱宇宙的地球公民的神经,而每个光辉时刻的来临,在折射人类探索未知的智慧和勇气之时,也考验同一时代科学和技术的成就,或许可能还需要远在星辰之外的运气。

(来源:科技日报 记者 房琳琳)

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