[科普中国]-美国信使号水星探测器

任务背景以前的任务

1973年，美国航空航天局发射了“ 水手10号”，进行了金星和水星的多次飞越。Mariner 10提供了水星的第一个详细数据，绘制了40-45%的表面。2水星10号的最后飞行发生在1975年3月16日。随后对地球的近距离观测不会发生超过30年。

任务建议1998年，一项研究详细说明了向水星发送轨道航天器的拟议任务，因为行星在那一点是对内部行星的最少探索。在水手10任务之后的几年里，随后的任务提议重新审视了水星，似乎太昂贵了，需要大量的推进剂和重型运输火箭。此外，将飞船插入水星周围的轨道是困难的，因为接近地球直接路径的探测器将被太阳的重力加速，并通过水星太快地到达轨道。但是，使用由陈婉颜于1985年设计的轨迹，研究表明，它有可能寻求发现类通过使用多个，连续的重力使命协助，围绕金星和水星“swingby”演习，结合未成年人推进的轨迹以逐渐减慢航天器，从而最小化推进剂的需要。3

目标该信使团的目的是从轨道研究水星的特征和环境。具体来说，特派团的科学目标是：4

以表征水星表面的化学成分。

研究地球的地质历史。

以阐明全局磁场（磁磁层）的性质。

确定大小和状态为核心。

以确定极点处的挥发性库存。

以研究水星的外域的性质。

探测计划1、按照计划信使号航天器发射升空后，将环绕地球、金星、水星飞行7年，借助这3颗行星的引力提速，最终进入水星轨道运行。经在太空疾驰88.4亿千米之后，它才于2011年3月转入环绕水星的椭圆轨道飞行，开始其1年的探测工作。

2、选择这样一条迂回线路的目的，就是为了节约燃料，以减轻“信使号”的质量，降低成本。尽管如此，整个探测活动仍耗资4.27亿美元，最终超出了“发现者”探测计划预设的资金限额。

3、在地面测控中心的管理下，“信使号”最后将进入一条近地点为201千米、远地点为15000千米的椭圆轨道绕水星运行，绕行一周为12小时。它将成为水星的第一颗人造卫星，故能对水星整个表面进行拍摄、测绘和遥感考察，而不像水手10号那样只能覆盖水星表面的45%。

探测任务1、信使号在这次飞掠过程中将对人类探测器此前未曾观测过的大片水星区域进行拍摄，预计将发回约1200张水星照片。

2、信使号在飞掠过程中还将对水星整体环境进行研究，它发回的探测数据将帮助科学家分析水星表面组成成分、盆地、磁场和重力场等。

3、水星是距离太阳最近的行星，在冥王星由行星降格为矮行星后，水星成为太阳系中个头最小的行星。科学家认为信使号的探测结果将有助于人类从新的角度认识水星，同时也可能为关于水星以及整个太阳系的一些未解问题找到答案。

功能特点1、美国宇航局发射的“水手10号”探测器曾于1974-1975年从水星旁飞过，拍到过一些照片，几十年来天文学家们也是一直根据这些照片进行研究。但是“水手10号”并没有拍到水星全貌，现在这些空白将由“信使号”来填补。

2、水星是太阳系当中距离太阳最近的一颗行星，尽管它并不大——只比月亮大一点，上面还布满岩石，但它拥有与地球类似的地表环境。长久以来由于它表面温度很高——可以令铅融化，科学家一直无法对它进行研究，对水星的研究可以为天文学家研究其它岩石星体提供珍贵的数据和经验。

3、美国“信使号”水星探测器已成功进入水星轨道，开始对水星进行为期一年的拍照探测工作，这也是1975年以来美国宇航局首次对这颗离太阳最近的行星进行探测，据宇航局工作人员介绍“信使号”的探索面积将达到95%。

运行轨道“信使”号的12小时绕水轨道将是一个椭圆形。距离水星表面最近时，二者之间的距离不超过124英里(约合200公里)，最远时的距离达到9420英里(约合15193公里)。距水星地表高度的短暂变化允许“信使”号更好地了解水星的地质特征。此外，椭圆形轨道也能保护“信使”号免遭水星荒凉表面反射的大量热量侵袭。

进入轨道后，“信使”号将一直从高空对“水星”进行观测，研究和分析它的这个最终归宿地。这颗探测器并没有足够燃料帮助它重返地球。在收集数据的工作结束后，“信使”号将最终坠落水星，在水星坑坑洼洼的表面产生另一个大洞。

飞行速度研究人员表示，这颗探测器在6年半的太空飞行中相对于太阳的平均速度达到每小时8.45万英里(约合每小时13.6万公里)。这一速度几乎是美国宇航局的航天飞机在低地球轨道飞行时的5倍。有时候，“信使”号的飞行速度超过每小时14万英里(约合每小时22.5万公里)，接近史上探测器的最快飞行速度。

体积“信使”号的主体高4.7英尺(约合1.42米)，宽6.1英尺(约合1.85米)，长4.2英尺(约合1.27米)，体积与一个大办公桌相当。它装有2个太阳能电池板“翅膀”，面积为5英尺×5.5英尺(约合1.5米×1.65米)，在探测器两侧展开。“信使”号发射时的重量超过1吨，其中有超过一半的负荷为燃料，探测器本身以及所携带科学仪器的总重量大约在1100磅(约合500公斤)左右。

携带仪器1、信使号探测器携带着摄像机、磁力计、激光高度计、X射线分光仪、r射线分光仪、高能粒子分光仪、大气和表面成分分光仪共7种科学仪器。

2、通过激光高度计提供的数据资料将能绘制水星表面的三维图像，磁力计的探测结果有可能解开水星的磁场之谜，4种分光仪的测量能够给出水星空间及其表面的确切元素比例和表面岩石的组成，还能判断水星是否真的有冰存在。

3、鉴于水星自转轴几乎垂直公转轨道面，它两极地区的环形山底部永远见不到太阳，加之水星没有空气，不能像地球一样将赤道热量带到两极，故而科学家们推测那里冷得足以让水冻结成冰。1991年天文学家们用地面射电望远镜向水星发射了电波，发现其南北极环形山底部有类似冰质的反射雷达波。是否确有水冰，“信使号”应能提供更为准确的资料。

4、由于水星上的太阳光比地球阳光强约11倍，“信使号”进入绕水星的轨道运行后将经受高温考验。为了保证它能完成为时12个月的探测任务，给其携载的科学仪器都安装了隔热层。科学家们希望它能不辱使命，顺利实现预定的目标，以深化人类对水星的认识。5

遮阳伞由于水星距离太阳很近，“信使”号在绕水星轨道运行时必须经受住高温和强太阳辐射的考验。为此，任务规划人员专门为“信使”号打造了一把“遮阳伞”，也就是具有高反射性的耐热遮阳罩。研究人员表示，遮阳罩安装在“信使”号前端的一个钛结构上，高大约8英尺(约合2.4米)，宽大约6英尺(约合1.8米)，能够很好地保护这颗探测器。

在水星距离太阳最近时，遮阳罩前方的温度可达到700华氏度(371摄氏度)。但在遮阳罩的后面，“信使”号以及所携仪器的温度却保持在室温状态，即大约70华氏度(20摄氏度)左右。

燃料消耗2004年发射时，“信使”号的重量达到2420磅(约合1100公斤)左右，推进剂的比重占到55%左右，达到1320磅(约合600公斤)。携带如此多的推进剂的一个重要原因是，“信使”号需要减速以进入水星轨道。美国东部时间17日晚上大约8点45分，“信使”号的主推进器将点火，持续大约15分钟。研究人员表示，入轨过程——“信使”号飞行速度减至足以让水星引力捕获的程度——将消耗“信使”号在发射时所携推进剂的大约31%。

造访水星1、由于水星离太阳很近，因此这次发射的水星探测器--信使号造访水星时将面临高温的烤验，它所进行的水星探测是迄今为止所有行星探测活动中最严热的一次。 为了让探测器适应水星特有的大气环境和高温，科学家进行了一系列的尝试，精心打造出了能经受高温考验的水星使者信使号。

2、造价4.27亿美元的信使号水星探测器无法以直线飞行线路前往水星，信使将借助地球、金星和水星的引力，把飞行速度降到足够慢，最后滑入围绕水星旋转的轨道。信使将于2006年10月和2007年6月两次飞过金星，借助金星引力调整飞行轨道，向水星靠近。

3、信使于2008年1月、10月和2009年9月3次飞过水星，并于2011年3月进入环绕水星的目标轨道。信使号水星探测器将围绕水星进行为期一年的科学观测，拍摄下清晰度很高的水星图片，供科学家们研究。

传回照片美国航天局“信使”号宇宙飞船2011年3月18日首次进入水星轨道，美国东部时间3月29日凌晨5点20分，“信使”号拍摄到一张水星南半球的图片，在随后6小时里又拍下363张图片，预计在31日之前总计拍摄1185张图片并传回地球。不过这还只是在测试阶段，“信使”号从4月4日起将正式开始为期一年的科学观测工作。

正式观测开始后，它将以每12小时绕水星一周的速度，沿两极椭圆轨道运行并拍摄7.5万张水星图片，同时探测器上的7台科学仪器也将对水星进行全面观测，搜集各种信息。“信使”号肩负的任务有确定水星表面成分、探测水星磁场以及水星的永久阴影部分是否存在冰等等。

美国航天局网站称，这张照片是设计师在进行宇宙飞船仪器检测时所拍摄的。照片拍摄位置在水星的南极上方。较为珍贵的是，该照片拍到了水星表面以前难以观察到的位置。

网站引用“信使”号首席调研员肖恩·所罗门的话称，照片和“信使”号测量到的轨道数据是接下来一年科学研究的开端。这表明，针对太阳系中主要行星的轨道探索已经开始了。