[科普中国]-黎明号小行星探测器

项目历史技术背景

第一个工作离子推进器是由Harold R. Kaufman在1959年在美国宇航局在俄亥俄州的Glenn研究中心建造的。推进器类似于带有汞作为其推进剂的网格静电离子推进器的一般设计。发动机的亚轨道试验在20世纪60年代期间进行，在1964年，发动机在空间火箭试验1（SERT 1）上的亚轨道飞行上进行试验。它成功操作了计划的31分钟，然后回落到地球。这项试验后进行轨道试验，SERT-2，1970年。

深空1（DS1），美国宇航局于1998年推出，表现出对科学的使命长时间使用氙推进离子推进器并验证了一些技术，包括NSTAR 静电离子推进器，以及作为执行小行星和彗星的飞行。除了离子推进器，通过将DS1验证了其它技术中是小深空应答，这是在使用黎明远距离的通信。

发现任务选择向发现计划招标项目提交了26项建议，预算最初定为3亿美元。2001年1月，三个半决赛入围者被选中进行阶段A设计研究：Dawn，Kepler和INSIDE Jupiter。2001年12月，NASA选择了开普勒和黎明的探索计划任务。这两个任务最初都是在2006年发射的。

取消和恢复黎明任务的状态改变了几次。该项目于2003年12月取消，然后于2004年2月恢复。2005年10月，黎明的工作被置于“停滞”模式，2006年1月，该任务在新闻界讨论为“无限期推迟“，即使美国航天局没有对其地位发表新的声明。2006年3月2日，美国宇航局再次取消了黎明。

航天器的制造商轨道科学公司呼吁NASA的决定，提供以成本建造航天器，取得任何利润，以获得在新的市场领域的经验。NASA然后把取消审查，和2006年3月27日，宣布特派团毕竟不会取消。在上周2006年9月，曙光任务的仪器载荷集成达到完整的功能。虽然最初预计成本为3.73亿美元，但成本超支使得该任务的最终成本在2007年达到4.46亿美元。克里斯托弗·罗素被选为带领黎明任务团队

发射美国东部时间2007年9月27日早7时34分00秒072毫秒（北京时间20时34分00秒072毫秒），美国航空航天局（NASA）的**“黎明”号**探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心由一枚德尔塔2型火箭运载顺利升空，开始了它长达8年近50亿公里的星际探索之旅。“黎明”号将远赴火星和木星之间的小行星带，探测两颗人类以前从未尝试接触的天体。

“黎明”号计划是第一个探测这个重要区域的人类探测器，也是世界上第一个先后环绕两个天体的无人探测器。此前也曾有航天器飞经体积较小的小行星，并绕其轨道飞行甚至在小行星上降落。在将来，预计还会有更多探测小行星的航天计划。但是，过去从未出现过同一航天器先后环绕两个天体飞行的情况。

来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的科学家克里斯多弗·拉塞尔是“黎明”号计划的领导者。

科学家认为，探测灶神星和谷神星将有助于了解太阳系的起源，因此将这个项目取名为“黎明”。整个“黎明”号计划耗资3.57亿美元，其中并不包括德尔塔2型火箭的造价。NASA官员拒绝透露火箭的成本。

发展过程“黎明”号的发射可谓几经周折，在15年间该计划曾经有过两次因资金不足而被取消的经历，此次升空也比原计划整整推迟了两年。

“黎明”号于2001年正式立项，去年3月由于“经费超支以及技术问题”，美国宇航局下令取消了这项探测计划，“腾出资金进行重返月球乃至登上火星等载人探测项目”。但一些专家不忍“黎明”号就此夭折，经多方游说后宇航局在不到一个月时间内又同意恢复。

“黎明”号配置有摄像机、红外分光计、伽马射线和中子探测仪，此外还装有2个巨大的太阳能板，双翼间距近20米，为它提供穿越太空的能量。

任务介绍据美国媒体报道，NASA从2007年7月以来就一直为“黎明”号（Dawn）升空做准备。美国加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室（JPL）项目管理人凯耶尔·巴特尔开玩笑说：“27日对佛罗里达东部巴哈马群岛的居民而言是个特殊日子，因为他们在这一天看到‘黎明’从西边出现。”

为激发公众对探索的参与热情，NASA还推出了“送你的名字去小行星带”的宣传活动。据悉，共有36万人通过网络参与了这次活动，他们的名字被记录在一个5美分硬币大小的微芯片里，27日随着“黎明”号一同飞往太空。NASA还会寄给参与者一份证书，证明名字跟探测器一起到小行星带旅行过。

“黎明”号将于2011年首先探测小行星灶神星，进行6个月的观测后离开，再于2015年赶到谷神星继续观测，整个太空旅行的距离长达48亿公里。灶神星和谷神星是火星和木星之间小行星带里个头最大的成员，科学家希望通过观测研究这两个天体，能够揭开太阳系诞生的线索。

此前，航空界还从未尝试过用一个太空探测器考察两个天体并围绕它们运转。“黎明计划”之所以成功可能都要感谢离子发动机的出现。与传统的航天器化学燃料发动机不同，新型发动机将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体氙气的原子，产生时速达14.32万公里的离子流作为推动力。

“黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板，双翼间距近20米，足以为它提供穿越太空的能量。在最初4天，它的时速将逐渐提高到96公里，12天后达到300公里，1年后将升至惊人的8850公里，而届时消耗的燃料只有15加仑，燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍。 探索太阳系形成过程。

不少科学家认为，小行星是处于萌芽期但未得到机会成长起来的“行星婴儿”。谷神星、灶神星、智神星和婚神星被称为小行星带的“四大金刚”。

之所以选择灶神星和谷神星进行探测，不仅仅是因为它们个头较大，而且还因为它们与小行星带里的其他天体存在显著差别。灶神星和谷神星都形成于大约45亿年前，据估计，它们都形成于太阳系早期，并且由于木星的强大引力作用而演化迟缓。研究人员希望比对观测这两个天体的演化过程。

据“黎明”号探测器项目首席科学家鲁塞尔介绍，灶神星是与地球类似的岩状天体，太阳系中距太阳较近的天体大多为岩状天体。而谷神星则是典型的冰态天体，这类天体主要位于距太阳较远的轨道上。鲁塞尔说：“这两个极不相同的天体竟然可以位于同一个小行星带中，这是‘黎明’号需要揭示的奥秘之一。”

另外，利用“黎明”号上的同一套科学仪器探测两个不同目标，能便于科学家将两套探测数据进行准确的对比分析，并根据它环绕灶神星和谷神星的运行轨道数据，对比测算这两个天体的引力场等参数。

美国“黎明”号小行星探测器11日被运上发射台，如果一切顺利，它将最早于26日发射升空，飞赴火星和木星之间著名的小行星带，探测那里的两个大型天体——灶神星和谷神星。

多冰的“谷神星”是小行星带第一个被发现的天体，也是体积最大的。科学家推测，“谷神星”25%的成分可能是水，与“灶神星”差别很大。望远镜观测显示，“谷神星”表面布满粘土、碳酸盐和其它形成水所需的矿物质，因此这里也可能为生命形成提供了条件。

“黎明”号此次配有三种科学仪器——摄像机、红外线光谱仪、伽马射线与中子探测器，它将从不同高度对两个天体进行探测，研究太阳系早期环境及形成过。

推动动力“黎明”号使用离子发动机，离子发动机使用光电转换装置将太阳能变为电能，再通过结构设计使电能 产生电磁场；工作介质在高温下被电离，电子从原子或分子中跑出，丢掉电子的原子或分子带正电，逸出的电子带负电，它们在总体上是呈中性的，这就形成了等离子体；呈中性的等离子体具有导电性，与磁场能相互作用，由电磁感应可以获得产生加速度的力。概括起来说，就是利用太阳能引发的电磁场对载流等离子体产生罗伦兹力的原理，使处于中性的等离子状态的工作介质加速以产生推力。 这种太阳能电火箭比通常使用的化学火箭效率要高10倍，所需推进剂即工作介质较少，可使航天器有更多的空间装载有效载荷。

但是目前的离子发动机的最大缺点是推重比太小，其推力只相当于一张纸对于你的手的压力，显然这样的发动机无法让飞船和探测器脱离地球的重力场，也无法携带大的负载。但这个缺点却被这种发动机在太空中的表现弥补了，由于它优越的比冲量，它最终能把传统的化学火箭远远抛在身后。换句话说，就是尽管传统的火箭发动机有更高的推重比，但是却以很低的比冲量把燃料在很短的时间内消耗光；而现在的离子发动机能持续运转几月甚至数年，这样，尽管推力小，但能通过长时间的积累达到更高的总冲量(impulse，等于力的平均值与它的作用时间相乘的结果)，并最终达到更高的速度。

探测行动2011年5月3日，黎明号在距离灶神星1.21百万公里时拍摄了第一张照片，当中灶神星只有约5像素宽。黎明号进入接近灶神星的探测阶段，并于6月12日开始减速，准备在34天后进入环灶神星轨道。

2011年6月1日，黎明号距离灶神星48.3万公里时，为了导航需要拍摄了20张连续照片，分辨率已接近哈伯空间天文台拍摄的灶神星照片。黎明号在抵达灶神星之前会减速，预计每周发布更多照片。黎明号预计2011年7月16日进入环灶神星轨道。

美国宇航局证实黎明号在2011年7月16日进入环灶神星轨道，成为首个环绕小行星带小行星的探测器。黎明号确切入轨时间尚不清楚，这是由于当时天文学家只能估计灶神星质量与重力场，无法准确得知其数据。而现在黎明号已进入轨道，便能反过来计算灶神星的质量与重力场。黎明号在7月17日06:30 UTC重新检测搭载的设备仪器。

黎明号在9月27日进入距离灶神星680公里的公转轨道，环绕一周的时间为12.3小时。黎明号后来在12月8日进入另一个公转轨道，距离灶神星只有210公里，环绕一周的时间为4.3小时。美国宇航局在2012年5月首度公开黎明号获得的灶神星初步数据，估计灶神星的金属核心直径为220公里。美国宇航局科学家进一步将灶神星视为独一无二的一种小行星，认为它是与岩石行星同时形成的大型小行星残存。

2012年9月7日，“黎明”号已在美国东部时间5日凌晨2时26分离开灶神星轨道，向谷神星飞去。若一切顺利，“黎明”号有望成为第一个环绕两颗不同天体运行的无人探测器。1

美国国家航空航天局(NASA)“黎明”号太空船传回了一张到目前为止最清晰的矮行星谷神星的图像。2015年1月27日，该图像是从远在23.7万公里外的太空中传回地球的。“黎明”号即将成为第一个探访谷神星的人造探测器，它将开启人类探索太空的新纪元2。

新华网洛杉矶3月6日电（记者郭爽）美国航天局6日宣布，2007年发射的“黎明”号小行星探测器在2012年离开灶神星后，于当天清晨抵达谷神星轨道，成为第一个造访太阳系两颗天体的无人探测器。3

发射意义科学家称，通过“黎明”号的帮助，人类可以更多地理解与认识太阳系的起源和行星的形成。“我们很高兴能了解并与全世界分享‘黎明’号的发现。”NASA喷气推进实验室“黎明”号项目主管罗伯特·马斯说。