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由美国和欧洲空间局1978年8月12日,亚毫米波天文卫星是1998年12月5日发射的一颗天文卫星

2020/01/18 07:42

>国际日地探测卫星3号/国际彗星探测器美国

话说,今天要说的,是一个宇航太空界的传奇老爷爷的故事。
这个故事里会有一些航天方面的知识。我会尽量用简单的语言讲述的。

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国际彗星探测器,也叫国际日地探测器3号,重390千克,由美国和欧洲空间局1978年8月12日,用德尔塔运载火箭发射。1986年3月28日探测了哈雷慧星周围的环境特性。这次对哈雷慧星回归的探测,使人们得到了一幅比较完整的哈雷慧星图像,现在还留在一365天为周期的太阳轨道上,并将2014年8月回到地球附近。

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亚毫米波天文卫星是1998年12月5日发射的一颗天文卫星,是美国国家航空航天局的小探测工程的一部分。史密松天体物理台和高达太空飞行中心的研究人员分别设计了其望远镜和探测器。该卫星检测太空中水分子、氧气分子、碳原子发出的波长为487–556GHz的微波。

结构特点使用情况结构特点

他叫Robert Farquhar,之前在美国NASA工作了几十年,参与了很多太空探测项目。
他最擅长的,就是卫星轨道的计算。别人都说,他能把任何飞船送入人们想要送去的任何地方。他就是“轨道计算的大师”。
在NASA里工作过的人都认识Robert, 都觉得他是全NASA最聪明的人。他计算的轨道永远是对的。别人的不可能在他的手里都能成为现实。
他的想法永远有很多,NASA里几乎每个人都有被Robert拉到一旁,然后被Robert推销他的古怪想法的经历。
而且,他的很多奇思妙想,总能奏效。
而在Robert职业生涯里最传奇的一次经历,还要从当年直接“借走”NASA的一颗卫星说起。
这颗卫星,叫国际日地探测卫星-3, 缩写叫ISEE-3。

结构特点研制历程使用情况结构特点

美国启用还在太空运行但已完成探测任务的国际日地探测卫星3号来担负探测哈雷慧星的使命。它是1978年8月12日发射上天的。美国把它的轨道以修正,利用星上的6台仪器观测慧星,并易名为国际慧星探测者。1986年3月28日从哈雷慧星背日面的慧尾掠过时,探测了哈雷慧星周围的环境特性。

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SWAS,NASA小型探测计划中的第3颗卫星,是三轴稳定的无线电观测站,具有38角秒的指向精度和小于19角秒的图像跳动。它的设计目的在于通过确定星云的成分和检查这些星云坍缩时怎样形成恒星和行星,来研究星际信息。它是第1颗探测恒星之间稠密的热蒸汽云层里水和氧气分子产生的毫米波辐射。SWAS科学运行中心位于哈佛一史密森天体物理学中心。

使用情况

这是一颗主要用来探测太阳粒子的卫星。当时,主导这个卫星项目的,就是Robert。
这颗卫星被发射到了一个地球和太阳之间的L1拉格朗日点上的一个叫“光晕” Halo的轨道上。在这条轨道上,卫星受到的太阳和地球的引力相抵消,不用耗费什么燃料就可以在停留在地球和太阳之间相对静止的运行。
这是人类历史上第一颗被发送到L1拉格朗日点的卫星,而算出这条“光晕”轨道的人,就是Robert。
这条轨道,就是他当年的博士论文。

研制历程

国际日地探测器分别于1985年和1986年探测了贾可比尼-秦诺彗星和哈雷彗星。

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亚毫米波天文卫星是1998年12月5日发射的一颗天文卫星,是美国国家航空航天局的小探测工程的一部分。史密松天体物理台和高达太空飞行中心的研究人员分别设计了其望远镜和探测器。每年12月,SWAS返回发射初的轨型;卫星在任务开始时的可视目标可以进行多次观察,有三年额定寿命期。它于2004年7月21日关机,但是2005年6月至8月重新开机用来监测大碰撞期间来自于坦普尔彗星水发射。SWAS现在正处于休眠中。

 这个探测器在这个点上观察太阳观察了5年,卫星的使命也即将结束。
然而,在那个时候,全世界的宇航科学家们都在做一件事情:哈雷彗星。

使用情况

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亚毫米波天文卫星设计观测到2004年7月21日。2005年6月,为了观测深度撞击号探测器撞击坦普尔1号彗星的效应,在经过一年的待机之后,卫星被重新激活3个月。

那时,这颗全世界最著名的彗星马上就要在1986年回归地球(每76年才回归一次)。
在那个太空竞赛的年代,俄罗斯、欧洲和日本都争相发射了彗星探测器,准备要在1986年探测哈雷彗星。这些彗星探测器提前几年就开始向哈雷彗星飞奔,史称: 哈雷舰队。
然而,哈雷舰队里并没有美国的探测器。
美国表示,彗星任务太花钱,他们不准备去探索。
然而,就在这样的大环境下,突然有一天,Robert开出了新的脑洞。
 
我这颗卫星不是已经完成任务使命了嘛? 不如我直接让他变个轨道,直接拿去探索哈雷彗星好了。我计算过了,完全可以去到! 
恩,他自己计算出了一个复杂的轨道。先让这颗卫星返回地球,环绕N圈,利用月球的重力加速,去追赶彗星。
让我们来感受一下他算出的这个轨道:

每年12月,SWAS返回发射初的轨型;卫星在任务开始时的可视目标可以进行多次观察。在三年额定寿命期间,它完成了巨大的分子云1°×1°详细图。它于2004年7月21日关机,但是2005年6月至8月重新开机用来监测大碰撞期间来自于坦普尔彗星水发射。SWAS现在正处于休眠中。

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本来卫星一直稳定在1的位置,后来他让卫星返回地球附近,环绕几圈,利用月球引力加速,拐了3-4-5-6好几圈,最后离开地球,在7的位置跟两颗彗星相遇。
另一个动画看是这样的:

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放到几百年前,在牛顿或者开普勒的年代。如果有任何一个然敢画出这样的轨道的人。都会受到毫不留情的取笑,因为这轨道中的一切,都不符合牛顿和开普勒定律的基础。
然而在他的计算和现代科技的结合下,这真的发生了。

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他的想法提出后,还没有得到NASA 100%的同意,他就开始了整个项目。既然木已成舟,NASA也只得由得他继续做下去。
从此,这颗这颗ISEE-3卫星,正式改名叫 ICE(国际彗星探测器)。
在他一切精密的计算和计划下。他成功了!
1985年的9月。在世界上其他所有国家发射的卫星到达哈雷彗星之前。这颗卫星就已经穿越并探测了一颗叫Giacobini-Zinner的彗星(正好在哈雷之前路过的另一颗彗星) 。
又在一年后的1986年,它探测了哈雷彗星。(他计算的一条轨道,正好能穿越两颗彗星的慧尾)

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就这样,他的这颗卫星,不但成了世界宇航史上第一个探测彗星慧尾的探测器,还成为了第一个两次探测两颗不同彗星慧尾的探测器。
他靠他的这颗几乎要退役的卫星,又一次赢得了太空竞赛的胜利。
“我们打败了所有国家,”Robert后来回忆说,“欧洲的航天局,俄罗斯的,日本的。”
连当时里根总统也给他发来了祝贺信。
当时有不少还指望着这颗卫星继续观测太阳的科学家。曾经各种写文章抨击他,说是他“偷走了他们的这颗卫星”。
Robert当时回应说。那不叫偷。那叫借!借知道么!
 因为在完成探测彗星的任务之后。他又给卫星设定了一条轨道,让它31年之后的2014年重新回归地球。就这么一条:

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嗯。31年。
这一次。Robert第一次向世人展示了他真正的才能。之前大家只知道他牛,没想到到他居然这么牛。之前大家只是知道他鬼点子多,没想到他真的能把这些鬼点子都实现。

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Robert和他的妻子和女儿在ISEE-3卫星前的合影
在那之后,这颗卫星离地球越来越远,后来也就断了联系。
让我们再来说说他的另一个传奇计划。
那是十年之后的1997年,那一年,他主导了一个叫NEAR的探测项目。这是一颗探测一颗名叫爱神星的小行星的探测器。

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Robert设计了一整条探测的轨道,精确的,在2000年2月14号情人节这天,把探测器送入了爱神星的轨道,在爱神的重力怀抱里开始围绕运行。
整个探测器围绕着爱神星探索了接近一年,研究了各种数据。
在任务即将结束的时候,Robert又有了新的想法。
反正既然这颗都已经完成任务了,不如再让我利用一下。直接把它降落到爱神星的表面怎么样!
然而,只有一个问题,这颗探测器长这样的:

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当时设计的时候,就没准备让它降落在小行星表面过,就没有设计过任何可以辅助着陆的系统,它的设备也没有任何可以抵抗减震的设计。
不过。Robert显然已经算计好了一切。
正当他打算实施的时候,他的小心思被他的上司发现了。
上司跟他说,这太扯淡了,你想都不要想!
上司担心这会让探测器直接坠毁在爱神星表面,变成NASA在全球宇航界的笑话。
不过,了解Robert的人都知道,这么一个“No" 在他眼里就是绿灯的标志。
最后他说服了上司,他决定实施计划,因为,他早就算好了一切。
这一天,他在一个节目上宣布了这次着陆的全过程。

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还做了一个动画:用探测器上的姿态发动机当减速发动机,逐渐降低轨道,然后调整姿态,让探测器侧着慢慢降低高度,因为姿态发动机在侧面,继续让侧面的姿态发动机对着正下方喷气减速。

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最后着陆的样子。大概应该就是这样:

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2001年2月12号。他又成功了。
在3亿多公里之外,他指挥着没有任何着陆设备设计的探测器在爱神星上软着陆成功,最终着陆的速度只有每秒1.5米。
着陆之后飞船还在不断发回信号,说明完全没有坠毁,仍在不停工作。
他用这样的表情向世界宣布了这一切。

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当时反对这个计划的上司也跑来祝贺。

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这是人类历史上第一颗在小行星表面上着陆的探测器。尽管没有任何能着陆的设计,但就是在Robert的精确计算下成功了。
探测器上的仪器得以在距离表面只有20厘米的地方进行各种测量,测量得到的数据比在轨道上测得的精确10倍。 这是当时的科学家想都没敢想象的精度。

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探测器还发回了这张照片,历史上第一张在小行星表面的照片。
在爱神星的表面,探测器继续工作了16天。2001年2月28日,探测器发挥了最后一个信号,失去联系。
Robert,又一次证明了自己的传奇。
他参与设计的任务还有很多。甚至今年早些时候探索冥王星的新视野号的轨道,最早也起源于他的一个探索冥王星的想法。

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最后。我们再说一下ISEE-3的后来的故事。
前面不是说到,在探索完了两颗彗星之后,Robert把它设定了一个31年后会回归的轨道。
在那之后的很多年里,Robert从未放弃过这颗卫星,他后来又有了对这颗卫星的很多计划,比如在31年后回归的时候重新启动飞船发动机,把飞船送回近地轨道,然后用航天飞机捕获掉再带回地球,当成航天博物馆里的展品。
然而后来航天飞机出事退役后,这些脑洞计划也被迫搁浅。
直到去年的一天。
一伙当年曾经在Robert手下工作过的科学家提出了一个想法。趁着2014年这颗卫星回归的时候,重新跟卫星建立联络,启动飞船发动机,再送回最早飞船应该待的地日拉格朗日点。
再把这颗卫星“还”给当年的地方。
这群科学家找到NASA, 一贯的,NASA不同意。过了30年,当年联络用的设备早就已经退役(试想一下现在要找一个20年前的拨盘式电话),他们也不会提供相应的资金。
这群人想到了众筹。
没想到,他们只用了30天就筹集到了整个计划所需要的15万美元。
去年5月份,一个由工程师、程序员和一些NASA退休专家和Robert组成的私人研究团队正式成立。

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他们准备利用ISEE-3去年重返地球的机会,再次接触这艘升空已达37年的老航天器。
他们重新用现代的仪器搭建了当年古老的通信联络方式。

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又去找了波多黎各的阿雷西博天文台发射信号。

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团队里的人表示:“要知道,Robert是一个言出必行的人。如果他31年前说会尽他所能把他“借”走了卫星归还原位,那他一定会去尝试。”
看着他们的努力,NASA甚至破天荒的跟他们签署了“免偿还协议”,基本就相当于可以让这个民间团队可以随意使用这颗已经退役的太空设备。这也是第一次,由一个非政府的民间机构全权操控一颗大型卫星。
然而这一次,没有成功。卫星上的氮气增压系统无法给推进系统提供足够的压力。
无法点火就无法让卫星改变轨道。这一次拯救行动,最终还是失败了。
2014年8月10日,就像Robert在31年前计算的那样,这颗卫星在飞行了31年和几十亿公里之后,准确,回归地球,在距离月球只有15000多公里的地方擦肩而过,飞向了离地球更远的地方。
这颗卫星的下一次回归会在17年之后。
然而那时,Robert却已无法再见证。
2周以前,2015年10月18日,Robert在自己的家中因病去世,享年83岁。

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【谢谢你把我带回地球。我会永远在那里,在你帮我设定的轨道上。】
这就是这么一位大师级航天轨道专家的故事。

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