麦哲伦号金星探测器
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麦哲伦太空船，也称为金星雷达制图者，是美国国家航空航天局（NASA）于1989年5月4日发射，使用合成孔径雷达绘制金星表面地图和测量行星引力场的机器人太空探测器。
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| 所属组织 | 美国国家航空航天局 法国国家太空研究中心 |
|---|---|
| 任务类型 | 环绕 |
| 环绕对象 | 金星 |
| 入轨时间 | 1990年8月10日 |
| 发射时间 | 1989年5月4日 |
| 发射手段 | 亚特兰提斯号航天飞机 惯性上层助推器 |
| 任务时长 | 1990年8月10日 －1994年10月12日 |
| COSPAR ID | 1989-033B |
| SATCAT no. | 19969 |
| 官方网站 | Magellan Mission to Venus |
| 质量 | 1035 kg |
| 功耗 | 1029 W |
| 轨道参数 | |
| 离心率 | .4014 |
| 倾角 | 85.5° |
| 远拱点 | 2.4116 RV |
| 近拱点 | 1.0301 RV |
| 周期 | 3.257 h |
麦哲伦探测器是第一艘从航天飞机发射以进行星际飞行任务，第一个使用惯性上升助推器，以及第一个测试大气制动做为进入圆形轨道方法的太空探测器。"麦哲伦"是NASA第五次成功的金星任务，它填补了美国11年未发射行星际探测器的缺口。
历史
从20世纪70年代末期开始，科学家一直在推动金星雷达测绘任务。它们首先试图建造一艘名为"金星轨道成像雷达"（VOIR）的太空探测器。但是，因为明显的会超出几年预算的限制，VOIR计划在1982年被取消。
太阳系探索委员会建议了一项简化的雷达任务提案，该提案于1983年提交并被接受为金星雷达测绘计划。这项建议包括有限的重点和单一的基本的科学工具。在1985年，任务名称变更为麦哲伦计划，以纪念在16世纪完成环球探索和测绘著称的葡萄牙探险家斐迪南·麦哲伦 [1] [2] [3]。
麦哲伦任务的目标包括[4]：
- 获取每一对行解析力相当于1公里的光学成像，几乎全部金星表面的雷达图像（基本的）。
- 获得空间50公里，垂直分辨率100米，几乎全金星表面的地形图。
- 获得700公里分辨率与2-3毫伽准确性，机近全金星全球引力场资料。
- 了解包括密度分布和动力学的金星地质结构。
太空船的设计
麦哲伦号是由马丁·玛丽埃塔公司设计和制造[5]，和由NASA的喷射推进实验室管理这项任务。伊丽莎白·拜尔担任专案经理，约瑟夫·博伊斯担任NASA总部的首席专案科学家；在喷射推进实验室，道格拉斯·格里菲斯担任"麦哲伦号"专案经理，而斯蒂芬·桑德斯则担任首席专案科学家[1]。
为了节省成本，"麦哲伦号"探测器大多数的设备，是由包括航海家号、伽利略号、尤利西斯号、和水手9号等各种任务的备件组成。太空船的主体，是航海家号任务备用的一个10片铝面，包含电脑、资料纪录器和其他子系统的总线。整体而言，测量这艘太空船高6.4米，直径4.6米，太空船的质量为1,035公斤，携带2,414公斤的推进剂，总质量为3,449公斤[2][6]。
姿态控制和推进
任务
麦哲伦号的主要任务是进行金星地表的绘制与测量，环绕金星一圈为243天。麦哲伦号总共完成六次任务，获得98%金星地表的资料，并在1994年10月11日冲入金星大气层中，结束全部任务。
发射
麦哲伦号于1989年5月4日18点46分59秒由美国国家航空航天局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心肯尼迪航天中心39号发射复合体，借着亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空。麦哲伦号进入轨道后，麦哲伦号连接的惯性上层助推器于1989年5月5日将麦哲伦号送入IV型日心轨道，预计15个月后，于1990年8月10日到达金星[3][6][7]。
进入金星轨道
1990年8月7日，麦哲伦号开始进入金星轨道，麦哲伦号进入一个椭圆轨道，近拱点距离金星表面295公里，远拱点距离金星表面为7,762公里[6][7][7]。
麦哲伦号拍摄的雷达纪录下最接近金星的数据，然后远离金星时将数据传送回地球。这个动作需要大量使用反作用轮让麦哲伦号旋转，因为麦哲伦号拍摄照片需要37分钟，而麦哲伦号朝着地球发送数据需要两个小时。麦哲伦号主要任务传回至少70％的金星表面照片，麦哲伦号锁定两大地区来拍摄照片，第一大区为北纬90度至南纬54度，第二大区为北纬76度到南纬68度。然而，由于近拱点为北纬10度，所以不太可能拍摄南极地区照片.[6][7]。
第一次任务
- 目标：完成主要目标[4]
- 时间：1990年9月15日 - 1991年5月15日
麦哲伦号主要任务于1990年9月15日开始，打算拍摄金星表面70％的“左看”地图，像素分辨率最小为1公里。在第一次绕行金星期间，从麦哲伦号距离金星表面的高度包含2,000公里（北极上空）与290公里（远拱点）。主要任务于1991年5月15日完成，麦哲伦号拍摄83.7％的金星表面，像素分辨率为101至250米[7][8]。
第二次任务
- 目标：绘制金星南极地区地图与第一次任务时所未完成之区域[9]
- 时间：1991年5月15日 - 1992年1月14日
第一次绘制金星地图任务结束后，第二次绘制金星地图任务立即开始，目的是提供第一次绘制金星地图中有缺陷的数据，包括大片南半球地区。要做到这一点，麦哲伦号只好改变收集方法，以获得“右看”地图。1992年1月中完成后，第二次绘制金星地图所提供的数据为54.5％的金星表面，科学家结合之前收集的资料后，获得金星表面96％的地图[7][8]。
第三次任务
- 目标：填补现存的地图不足及收集立体图像[9]
- 时间：1992年1月15日 - 1992年9月13日
第二次绘制金星地图任务结束后，开始第三次绘制金星地图任务来收集金星表面数据，以制作出三维立体影像。第三次绘制金星地图任务于1992年9月13日结束，约21.3％的金星表面被制成立体影像，金星表面总体覆盖率增加至98％以上[7][8]。
第四次任务
- 目标：测量金星的引力场[9]
- 时间：1992年9月14日 - 1993年5月23日
第三次绘制金星地图任务完成后，麦哲伦号停止制作表面影像。相反的，麦哲伦号于1992年9月中旬开始保持高增益天线指向地球，深空网络开始录制遥测资料。科学家借由监测麦哲伦号的速度，来收集有关金星的引力场资讯。高引力的区域会略增加麦哲伦号的速度，纪录为多普勒效应的信号。直到1993年5月23日为止，麦哲伦号绕行金星轨道总共1,878次，因为数据丢失，所以麦哲伦号延长10天来研究金星引力[7][8]。
第五次任务
第四次任务于1993年5月底结束，麦哲伦号利用已知的技术进行大气制动。第五次任务于1993年8月3日开始，麦哲伦号绕行金星轨道总共2,855次，提供94％的金星高分辨率重力数据，第五次任务于1994年8月29日结束[2][3][7][8]。
大气制动
目标：进入圆形轨道
- 时间：1993年5月24日 - 1993年8月2日[9]
大气制动长期以来一直为太空船进行轨道减速的方法。之前的轨道减速提案需要防护罩，对于大多数任务过于复杂和昂贵。为了测试新方法，麦哲伦号计划下降到金星大气层的最外层区域。麦哲伦号利用细微摩擦来减慢了速度，为期稍微超过两个月，使麦哲伦号进入一个近似圆形的轨道，包含180公里的近拱点与540公里的远拱点。该方法已经被广泛使用在以后的太空任务中[7][8]。
第六次任务
- 目标：收集高分辨率重力数据，并进行无线电科学实验
- 时间：1994年4月16日 - 1994年10月13日
第六次任务是前两次金星引力研究的延伸。最终实验随着任务即将结束而进行，被称为的“风车”实验提供有关金星高层大气的成分数据。麦哲伦号于1994年10月13日结束全部任务，绕行金星轨道总共1,783次，之后麦哲伦号进入金星大气层并解体[7]。
风车实验
1994年9月，麦哲伦号的公转轨道降低，开始进行“风车实验”。在实验过程中，麦哲伦号利用太阳能电池板，垂直于公转轨道路径。麦哲伦号也点燃推进器，以保持麦哲伦号稳定。风车实验将科学家了解上层大气阻力对于行星探测器产生的影响，帮助科学家设计未来的地球人造卫星，并测试未来行星探测器采用大气制动方法[8][10][11]。
成果
- 麦哲伦号高解析率的全球影像提供科学家资料，以了解金星表面结构、火山活动和地质作用。
- 金星表面大多覆盖火山物质。火山的表面特征相当常见，如辽阔的熔岩平原、熔岩圆顶以及大型盾状火山。
- 金星表面很少有撞击坑，这显示表面是年轻的地层，只有不到800万年的历史。
- 熔岩河流长达6,000公里，显示极低粘度的熔岩河流可能来自高频率的火山爆发。
- 陆地典型的板块构造（大陆漂移和盆底蔓延）于金星表面并不明显。
- 虽然金星有一个稠密的大气层，但是表面没有大量的风蚀迹象，只有有限的沙尘与风力搬运的迹象。与此相反，火星表面只有稀薄的大气层，但是有大量的风蚀迹象与相当多的沙尘与风力搬运的迹象。
- 麦哲伦号高解析率照片提供资料，科学家可以更容易了解金星地质、火山作用、金星表面结构形成。
- 麦哲伦号创建了第一个（也是目前最好的）高解析率雷达影像，反映出行星表面特征。在此之前的金星探测任务拍摄低解析率的雷达影像，麦哲伦号终于获得与环形山、丘陵，山脊和其他地质构造的详细影像，在一定程度堪比其他行星的可见光影像。麦哲伦号的全球雷达地图目前仍然是目前最详细的金星地图，虽然俄罗斯的金星-D也携带雷达，可以完成同样成果，但是所使用的雷达解析率不如麦哲伦号。
参见
参考资料
- ^ 1.0 1.1 V-gram. A Newsletter for Persons Interested in the Exploration of Venus (PDF) (新闻稿). NASA / JPL. 1986-03-24 [2011-02-21].
- ^ 2.0 2.1 2.2 Guide, C. Young. Magellan Venus Explorer's Guide. NASA / JPL. 1990 [2011-02-22]. （原始内容存档于2013-02-17）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Ulivi, Paolo; David M. Harland. Robotic Exploration of the Solar System Part 2:Hiatus and Renewal 1983–1996. Springer Praxis Books. 2009: 167–195 [2011-02-22]. doi:10.1007/978-0-387-78905-7.[永久失效链接]
- ^ 4.0 4.1 Magellan. NASA / National Space Science Data Center. [2011-02-21]. （原始内容存档于2013-05-11）.
- ^ Croom, Christopher A.; Tolson, Robert H. Venusian atmospheric and Magellan properties from attitude control data. NASA Contractor Report. NASA Technical Reports Server. [2011-10-08].
- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 SPACE SHUTTLE MISSION STS-30 PRESS KIT (新闻稿). NASA. APRIL 1989 [2011-02-22]. （原始内容存档于2019-06-19）.
- ^ 7.00 7.01 7.02 7.03 7.04 7.05 7.06 7.07 7.08 7.09 7.10 Mission Information: MAGELLAN (新闻稿). NASA / Planetary Data System. 1994-10-12 [2011-02-20]. （原始内容存档于2011-07-21）.
- ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 Grayzeck, Ed. Magellan: Mission Plan. NASA / JPL. 1997-01-08 [2011-02-27]. （原始内容存档于2011-03-10）.
- ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 Magellan Mission t a Glance (新闻稿). NASA. [2011-02-21]. （原始内容存档于2011-02-26）.
- ^ 10.0 10.1 Magellan Begins Termination Activities (新闻稿). NASA / JPL. 1994-09-09 [2011-02-22]. （原始内容存档于2016-12-03）.
- ^ Magellan Status Report - September 16, 1994 (新闻稿). NASA / JPL. 1994-09-16 [2011-02-22]. （原始内容存档于2011-05-08）.