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深空2號

深空2號（Deep Space 2）是美國宇航局的空間探測器，屬於新千年計劃的一部分，它包括兩顆高度先進的微型探測器，1999年1月搭載在火星極地着陸者號上被送往火星 [1]。這兩顆探測器分別被命名為「斯科特」和「阿蒙森」，以紀念首批抵達地球南極的探險家羅伯特·法爾肯·斯科特和羅爾德·阿蒙森。深空2號計劃成為第一台穿入另一顆行星地表下的探測器，在進入火星大氣層後，它將與火星極地着陸者號母船分離，並不帶降落傘僅靠氣動外殼撞擊器撞擊到地表。但在撞擊發生後，所有重建通訊的嘗試都未得到回應，2000年3月13日，該任務宣布失敗。[2]。

深空2號
帶隔熱罩和支架的深空2號探測器
任務類型着陸器 / 撞擊器
運營方美國宇航局 / [噴氣推進實驗室]]
網站nmp.jpl.nasa.gov/ds2/
任務時長1年2個月
航天器屬性
製造方美國宇航局噴氣推進實驗室
發射質量每顆2.4千克（5.3磅）
功率300毫瓦鋰二氯氧硫電池
任務開始
發射日期1999年1月3日
協調世界時20時21分10秒
運載火箭德爾塔2號7425型運載火箭
發射場卡納維拉爾角空軍基地17號航天發射複合體
任務結束
丟棄形式進入火星失敗
最後通訊1999年12月3日協調世界時20時[1]
火星撞擊器
航天器組件阿蒙森和斯科特
撞擊日期1999年12月3日協調世界時~20時15分
撞擊點73°S 210°W / 73°S 210°W / -73; -210 (Deep Space 2) （計劃）
轉發器
頻帶S波段
帶寬8 千字節/秒

火星勘測者98任務徽標

深空2號的開發成本為2800萬美元[3]。

概述

 
深空2號項目經理莎拉·加維特與探測器的工程硬件。

深空2號，也被稱為「火星微探測器」 [2]，是美國宇航局新千年計劃下開發的第二艘航天器，主要用於測試飛行先進航天技術概念，項目目的是進行高風險技術演示，其口號是「承擔風險以減少未來的危險」[4]。該項目由帕薩迪納噴氣推進實驗室主持和運營，亞利桑那大學、新墨西哥州、北亞利桑那大學、空軍研究實驗室等也提供了支持[5]。

深空2號任務旨在對穿透探測器概念進行工程驗證，以高速撞擊行星，而非像傳統探索行星的探測器那樣減速軟着陸。穿透器概念可能是一種成本較低的方法，並且具有所建議的可鑽入行星（本例中是火星）地表下的優勢。

雖然該探測器的主要目的是驗證行星地表穿入技術，但也有在火星進行科學分析的目標，包括獲得整個大氣柱的密度、氣壓和氣溫；描述土壤的硬度以及可能存在的數十厘米厚的土壤分層；確定地下土壤中是否存在冰；並估測深度土壤的熱導率[6]。此類探測器的終極目標是只使用一次常規假定的着陸資源，完成環行星網絡的部署[7]。

1999年1月3日，探測器與火星極地着陸者號一起搭載德爾塔2號7425型運載火箭發射升空。

探測器

每台探測器重2.4千克（5.3磅）[8][6]，它們被包裹在保護性氣動外殼內，搭乘火星極地着陸者號航天器中前往火星。

1999年12月3日，火星極地着陸者號抵達火星南極附近後[1]，籃球般大小的探測器從主航天器中被釋放出來，它們穿過大氣層並以超過179米/秒（590英尺/秒）的速度撞擊火星表面。撞擊時，每台探測器的氣動外殼事先都被設計為將破裂粉碎，裡面葡萄柚大小的穿透器則鑽入土壤分成兩部分，稱為前體的下半部，設計鑽入土壤下0.6米（2英尺），內部安裝了主要科學儀器——「進化水實驗」[6]；探測器的上半部，即尾部則設計為留在地表，以便通過它的特高頻天線將數據傳輸到環火星軌道的火星全球探勘者號衛星上。該衛星將充當中繼站，將收集到的數據發送回地球，穿透器的上下兩部分通過數據電纜連接在一起[2]。

探測儀器

每台探測器都配備有五件分析大氣、地表和地下的儀器。

• 下降加速計：下降加速計是一種商用傳感器，用於測量下降過程中的阻力加速度。根據加速度數據，結合探測器速度和彈道係數知識，其讀數可用於推導火星大氣層的密度分布[9]。

• 撞擊加速度計：撞擊加速計的測量範圍為±120000G，適用於撞擊火星表面時的較大預期加速度[9]。

• 氣象傳感器提供着陸點的大氣壓和氣溫數據。該傳感器位於探測器的後部，以便撞擊後保持在地表上方。它通過通信進行採樣和記錄，一旦微控制器在撞擊過程中發生故障，它可以採集氣象數據[9]。

• 土壤熱導率溫度傳感器：雙鉑電阻溫度傳感器將測定前體鑽入地表後的冷卻速率[9]。

• 進化水實驗：前體中的小樣本收集系統會將火星表土帶入一個加熱室。然後將樣品加熱以讓小型可調諧二極管激光器對所產生的蒸汽進行光譜測量。進化水實驗是探測器上的主要儀器[6]。

新技術：高撞擊和低溫電子

為深空2號探測器設計的定製電子設備和電池，可承受撞擊火星表面時產生的極高加速度和運行時將經歷的低溫[10]。電子元件和定製電池都需承受80000G左右的衝擊，工作溫度低至攝氏-80度。此外，前體和後體之間的加速度差可能高達30000G[11]。

電池

為在預期條件下能正常使用，噴氣推進實驗室與雅得尼技術公司（Yardney Technology Products）一道設計了一款電池，為兩塊6-14伏、使用亞硫酰氯化鋰（LI-SOCl2）的非充電電池，該電池在開發過程中通過了撞擊和熱循環測試[11]。

電子封裝

由於探測器的外形尺寸及惡劣的生存條件，噴氣推進實驗室使用了包括提高芯片主板（COB）封裝密度等一系列新技術來保護機載電子設備[12]。它還採用了一根1米長的柔性臍帶電纜來連接撞擊時會產生移位的前部穿透器。發射前對機械（無功能）模型進行了撞擊測試，以確定這些結構能否保持完好無損[12]。

任務失敗

探測器與火星極地着陸者號任務一起抵達火星，顯然飛行過程並未發生事故，但撞擊後從未建立起通信，目前尚還不清楚具體失敗原因為何。

受託調查火星極地着陸者號和深空2號探測器失敗原因的事故審查委員會[13]無法確定具體失敗原[14]，但提出了以下幾種可能：

  • 探測器上無線電設備在撞擊中倖存下來的概率很低；
  • 電池可能因碰撞而失效；
  • 探測器可能在撞擊時反彈到太空；
  • 探測器可能側面着地，導致天線性能或無線電鏈路幾何結構不佳；
  • 探測器可能直接撞到了岩石過于堅硬的地面而被毀。

委員會的結論是，探測器及其組件在發射前沒有經過充分的測試[13][14]。

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    深空2號穿透器
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    深空2號的地上部分
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    深空2號進入大氣層的氣動外殼
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    穿透後展開的深空2號的可視化圖示
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    深空2號功能動畫
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    深空2號探測器組件

另請查看

注釋

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Davis, Phil; Munsell, Kirk. Missions to Mars: Deep Space 2 - Key Dates. Solar System Exploration. NASA. January 23, 2009 [July 8, 2009]. （原始內容存檔於April 20, 2009）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Deep Space 2 (DEEPSP2). NSSDC Master Catalog. NASA - National Space Science Data Center. 2000 [July 8, 2009]. （原始內容存檔於2021-04-17）. 
  3. ^ Mars Polar Lander Mission Costs. The Associated Press. 1999-12-08 [2020-09-30]. （原始內容存檔於2022-02-17）. 
  4. ^ Redd, Nola Taylor. NASA's New Millennium Program: Taking Risks to Reduce Future Danger. Space.com. February 12, 2019 [6 March 2019]. （原始內容存檔於2021-01-24）. 
  5. ^ 1998 Mars Missions Press Kit (PDF). National Aeronautics and Space Administration. December 1998 [2020-11-05]. （原始內容 (PDF)存檔於2021-03-18）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Smrekar, Suzanne; Catling, David; Lorenz, Ralph; Magalhães, Julio; Moersch, Jeffrey; Morgan, Paul; Murray, Bruce; Presley, Marsha; Yen, Albert; Zent, Aaron; Blaney, Diana. Deep Space 2: The Mars Microprobe Mission. Journal of Geophysical Research: Planets. 1999, 104 (E11): 27013–27030. Bibcode:1999JGR...10427013S. ISSN 2156-2202. doi:10.1029/1999JE001073   （英語）. 
  7. ^ Hecht, Michael H. Microinstruments and Micro Electromechanical Systems in Support of Earth and Space Science in the New Millennium. Jet Propulsion Laboratory. 1996-01-15 [2022-02-17]. hdl:2014/23645  . （原始內容存檔於2021-03-19） （美國英語）. 
  8. ^ Gavit, Sarah A.; Powell, George. The new Millennium Program's Mars Microprobe Mission. Acta Astronautica. 1996, 39 (1–4): 273–280. Bibcode:1996AcAau..39..273G. ISSN 0094-5765. doi:10.1016/S0094-5765(96)00145-2. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 Blue, R. C. Mars Microprobe Project Instrumentation Package. Jet Propulsion Laboratory. 1998-04-27 [2022-02-17]. hdl:2014/19235  . （原始內容存檔於2021-03-19） （美國英語）. 
  10. ^ Russell, P.G.; Carmen, D.; Marsh, C.; Reddy, T.B.; Bugga, R.; Deligiannis, F.; Frank, H.A. Development of a lithium/thionyl chloride battery for the Mars Microprobe Program. Harvey A Frank; Eddie T Seo (編). Thirteenth Annual Battery Conference on Applications and Advances. IEEE: 341–346. 1998. ISBN 0-7803-4098-1. S2CID 93199878. doi:10.1109/bcaa.1998.653891. 
  11. ^ 11.0 11.1 Rutnakumar, B.; Frank, H.; Kindler, A.; Deligiannis, F.; Davies, E.; Blakevoort, J.; Surampudi, S. DS2 Mars Microprobe Battery. Jet Propulsion Laboratory. 1998-10-27 [2022-02-17]. hdl:2014/20612  . （原始內容存檔於2021-03-19） （美國英語）. 
  12. ^ 12.0 12.1 Arakaki, G.; D'Agostino, S. New Millennium DS2 electronic packaging an advanced electronic packaging "sandbox". 1999 IEEE Aerospace Conference. Proceedings 2: 205–213. March 1999. Bibcode:1999aero....2..205A. ISBN 0-7803-5425-7. S2CID 96712180. doi:10.1109/AERO.1999.793162. Cat. No.99TH8403. 
  13. ^ 13.0 13.1 Report on the Loss of the Mars Polar Lander and Deep Space 2 Missions (PDF). Jet Propulsion Laboratory. March 22, 2000. （原始內容 (PDF)存檔於2011-03-16）. 
  14. ^ 14.0 14.1 Young, Thomas. Testimony of Thomas Young, Chairman of the Mars Program Independent Assessment Team before the House Science Committee (新聞稿). Draft #7 3/13/00. House Science and Technology Committee. March 14, 2000 [April 22, 2009]. 

參考書目

外部連結

 
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