美國輝煌的深空探測美國NASA成立后取得過很多輝煌的成就，載人登月、航天飛機(jī)、國際空間站和哈勃天文望遠(yuǎn)鏡至今都是高科技的象征。在深空探測領(lǐng)域，NASA同樣業(yè)績傲人，尤其是對外太陽系探測更將所有其它國家拋在身后。 
美國國家航空航天局主導(dǎo)了載人登月、航天飛機(jī)等一系列宏大工程，太空研究成就無人能出其右。 NASA，美國航空航天局，或許是除五角大樓外，全球知名度最高的美國聯(lián)邦政府部門。這得益于其成立以后有著諸多光彩奪目的航天業(yè)績——它贏得了載人登月競賽的最終勝利，實(shí)施的航天飛機(jī)和哈勃天文望遠(yuǎn)鏡在很長時(shí)間內(nèi)都是美國高科技的象征，今天它主導(dǎo)的國際空間站計(jì)劃同樣是航天技術(shù)和合作的成功典范。在深空探測領(lǐng)域，美國航空航天局同樣取得了空前偉大的成就，尤其是對外太陽系的探測，將所有其它國家遠(yuǎn)遠(yuǎn)地拋在身后。最近的一個(gè)里程碑是，1977年發(fā)射的旅行者1號探測器已于今年8月底飛出太陽系，成為人類首個(gè)進(jìn)入星際空間的航天器。 最早進(jìn)軍深空的先驅(qū)者們美國航空航天局最早實(shí)施的深空探測項(xiàng)目是先驅(qū)者計(jì)劃，先驅(qū)者計(jì)劃在完成登月的前期探測任務(wù)后將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向太陽系的其它行星。1965年到1968年先驅(qū)者號6到先驅(qū)者9號探測器先后發(fā)射成功，它們主要用于在行星際空間探測太陽風(fēng)、磁場和宇宙射線。雖然設(shè)計(jì)壽命僅有6個(gè)月，但長壽的先驅(qū)者6號一直到2000年還能聯(lián)系上，以35歲的壽命創(chuàng)下了探測器里空前的記錄，直到2012年才被旅行者2號超越，這充分體現(xiàn)了美國高超的工業(yè)技術(shù)水平。 
先驅(qū)者10號和11號姊妹探測器攜帶的著名鍍金板子，上面刻錄了人類的問候信息，以備未來某一天探測器可能被外星文明發(fā)現(xiàn)。 先驅(qū)者10號和先驅(qū)者11號屬于外太陽系探測器，1972年和1973年兩顆探測器先后發(fā)射，首次對木星和土星進(jìn)行抵近觀測，先驅(qū)者10號近距離拍攝了首批木星照片，它除了發(fā)現(xiàn)由于磁場影響，木星附近的太陽風(fēng)速度大減外，還意外的發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)一擁有濃密的云層。 先驅(qū)者11號獲取了木星大紅斑照片，并首次拍攝到木星極區(qū)照片，還測量了木衛(wèi)四的質(zhì)量。先驅(qū)者11號借力木星飛向土星，近距離飛過土星光環(huán)，還探測到土星的一顆新衛(wèi)星，并發(fā)現(xiàn)土星極光和電離層。先驅(qū)者10號和11號此后飛向星際空間，雖然它們比旅行者號距離地球更近，但目前都已經(jīng)失去聯(lián)系和控制。 水手計(jì)劃將目光聚焦于火星而在與蘇聯(lián)進(jìn)行載人登月競賽的同時(shí)，美國航空航天局還發(fā)射了“水手”系列金星探測器。1962年7月22日，水手1號發(fā)射失敗，但僅一個(gè)月后美國航空航天局又發(fā)射了水手2號并獲得成功。水手2號在次年2月14日成功飛掠金星，測定了金星大氣的溫度，成為人類首個(gè)飛掠太陽系其它行星的航天器。1964年，美國又發(fā)射了水手3號和水手4號星際探測器，它們都將執(zhí)行火星飛掠任務(wù)，水手3號發(fā)射失敗，水手4號則順利完成了火星飛掠，并留下了人類歷史上第一組近距離拍攝的火星照片。 美國航空航天局此后繼續(xù)發(fā)射了水手系列探測器，其中1967年6月14日發(fā)射的水手5號再次執(zhí)行了金星飛掠任務(wù)，對金星大氣層及周邊磁場進(jìn)行了探測。接下來的水手6號和水手7號探測器并沒有什么突出的成績，水手8號發(fā)射失敗，1971年5月30日發(fā)射的水手9號探測器最終成功進(jìn)入了火星軌道，這也是人類第一個(gè)火星軌道器。1973年11月3日發(fā)射的水手10號是人類第一個(gè)使用引力加速設(shè)計(jì)的航天器，它利用金星引力成功減少了軌道機(jī)動(dòng)所需的速度增量，最后成功抵達(dá)水星附近，成為首顆水星探測器。在此后的33年時(shí)間里，水手十號是唯一一顆在近距離對水星拍攝影像的探測器。 水手計(jì)劃還曾出現(xiàn)水手11號和水手12號探測器的編號，它們最初由水手9號放大升級而來，計(jì)劃用于探索外太陽系，由于預(yù)算削減它們的目標(biāo)減少到飛掠木星和土星，項(xiàng)目名稱也改為“水手木星土星探測器”，隨著項(xiàng)目的推進(jìn)它們最終設(shè)計(jì)面目全非，從而誕生了直到今天仍如雷貫耳的旅行者號(Voyager)探測器。 
水手2號在1963年2月14日成功飛掠金星，成為人類首個(gè)飛掠太陽系其它行星的航天器。 
水手10號1973年11月3日發(fā)射，成功對離太陽最近的水星進(jìn)行近距離探測，并將這個(gè)紀(jì)錄保持了33年之久。 
旅行者1號探測器成為人類有史以來第一個(gè)沖出太陽系的人造物體。 首次進(jìn)入星際空間的旅行者號旅行者號計(jì)劃是美國深空探測的豐碑， 旅行者號計(jì)劃包括旅行者1號和旅行者2號探測器，它們是美國噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)60年代“外太陽系大旅行”計(jì)劃的縮水版。這個(gè)計(jì)劃原定利用176年一遇的行星排列機(jī)會(huì)，通過行星引力加速方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)造訪外太陽系大行星。旅行者項(xiàng)目原定發(fā)射4個(gè)探測器，前兩個(gè)1977年左右發(fā)射，飛掠造訪木星土星和冥王星，后兩個(gè)1979年發(fā)射，飛掠造訪木星、天王星和海王星，在行星引力加速的作用下，它們可以在約12年時(shí)間里完成任務(wù)。如果不利用寶貴的行星排列機(jī)會(huì)，單靠探測器自身的動(dòng)力，即便采用當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)也是不可能的。 旅行者號探測器使用三軸穩(wěn)定方式控制，探測器最明顯的標(biāo)志是直徑3.7米的大型高增益拋物面天線，這使得它們在距離地球很遠(yuǎn)的外太陽系還能和地球保持有效聯(lián)系。為了在光照不足的外太陽系長期工作，旅行者號探測器還都裝備了總功率約420瓦、使用Pu238的放射性同位素溫差電源(RTG)，可以長期穩(wěn)定提供充足的電力滿足旅行者號探測器各種儀器工作的需求，可以支持旅行者號部分儀器正常工作到2020甚至2025年。旅行者號攜帶的探測儀器包括相機(jī)、紅外干涉光譜儀、雷達(dá)設(shè)備、紫外光譜儀、等離子光譜儀、宇宙射線探測儀、低能帶電粒子探測儀、等離子波等多種設(shè)備，對外太陽系的多個(gè)大行星和星際空間進(jìn)行了探測，獲得了豐碩的成果。 1977年8月20日和1977年9月5日，美國使用泰坦三號E-半人馬座火箭先后發(fā)射了旅行者2號和旅行者1號。由于軌道設(shè)計(jì)不同，旅行者1號的飛行軌道較短，它們1977年12月10日幾乎同時(shí)進(jìn)入主帶小行星區(qū)域，12月19日旅行者1號就超過了旅行者2號。 1978年9月8日旅行者1號飛出主帶小行星區(qū)域，并在1979年1月6日開始木星觀測任務(wù)，1980年8月22日開始土星觀測任務(wù)，而旅行者2號分別于1979年4月25日和1981年6月5日才先后進(jìn)入木星和土星觀測階段。 
旅行者1號給木星拍攝的照片，照片上還出現(xiàn)了木星的兩顆衛(wèi)星，還發(fā)現(xiàn)木星著名的“大紅斑”是個(gè)巨型風(fēng)暴。 
在木衛(wèi)一表面拍攝到的火山噴發(fā)圖像，這是人類歷史上第一次發(fā)現(xiàn)并觀測地球外的火山活動(dòng)。 
兩艘旅行者號飛船的軌跡，旅行者2號是一次性探測星球最多的探測器。 旅行者1號于1979年3月5日從距離木星349萬千米的距離飛過，旅行者二號于1979年7月9日在距離木星570萬千米的距離上飛過。雖然兩顆旅行者號探測器只是飛掠，但它們抵近木星系統(tǒng)獲得了木星衛(wèi)星、光環(huán)、輻射帶和磁場的大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)，拍攝了木星及其衛(wèi)星的大量照片，發(fā)現(xiàn)著名的木星大紅斑其實(shí)是木星大氣層的巨大風(fēng)暴，還發(fā)現(xiàn)了木星新的光環(huán)并在木衛(wèi)一上發(fā)現(xiàn)了火山活動(dòng)的痕跡。借助木星的引力加速，旅行者一號探測器飛向土星，它不僅抵近觀測到土星光環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且探明了土星高層大氣氦的含量約為7%，比木星的11%略低，這或許可以解釋土星放出的熱量要高于接收的太陽輻射的問題。由于更早的先驅(qū)者11號探測器發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六泰坦擁有濃密的大氣，旅行者1號在地面控制下，抵近土衛(wèi)六進(jìn)行探測，這導(dǎo)致它在引力作用下離開黃道，提前終止了外太陽系行星探測任務(wù)，但它的速度也因此進(jìn)一步提高，轉(zhuǎn)向星際探測任務(wù)。在2013年北京舉行的國際宇航大會(huì)上，旅行者一號首席科學(xué)家愛德華斯通(Edward Stone)在報(bào)告中提到，根據(jù)測量到的太陽粒子、等離子體密度和宇宙射線的變化，目前確認(rèn)旅行者1號已經(jīng)進(jìn)入星際空間。目前旅行者一號距離地球已經(jīng)高達(dá)188億千米，它突破太陽風(fēng)頂層進(jìn)入星際空間，是人類航天史上空前的成就，也是美國航空航天局不朽的豐碑。 旅行者2號探測器雖然速度較慢，不過倒是完成了最早“外太陽系大旅行”計(jì)劃的目標(biāo)，成功連續(xù)訪問了木星、土星、天王星、海王星。旅行者2號使用雷達(dá)探測了土星大氣的密度和溫度，發(fā)現(xiàn)土星內(nèi)層大氣溫度反而較高。旅行者2號還在距離天王星81.5萬千米的距離上飛過，發(fā)現(xiàn)了天王星的11顆新衛(wèi)星，觀測了天王星的光環(huán)，還對天王星獨(dú)特的大氣層進(jìn)行了探測，旅行者2號發(fā)現(xiàn)天王星獨(dú)特的磁場和輻射帶，找到了天王星衛(wèi)星呈現(xiàn)灰色的原因。旅行者2號探測的最后一顆行星是海王星，它獲取了海王星附近的帶電粒子、磁場等信息，對海王星拍照還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大黑斑，但多年以后哈勃望遠(yuǎn)鏡卻沒有觀測到，其中奧秘或許就永遠(yuǎn)不得而知了。1989年的海王星探測任務(wù)結(jié)束后，旅行者2號探測器也開始為星際任務(wù)做準(zhǔn)備，不過它目前距離地球152億千米，尚沒有突破太陽風(fēng)層的可信證據(jù)。 
航天飛機(jī)占用太多資源導(dǎo)致八、九十年代的深空探索低谷，圖為航天飛機(jī)發(fā)射伽利略號木星探測器。 航天飛機(jī)時(shí)代的深空探測自1977年的旅行者1號探測器發(fā)射后，20世紀(jì)70年代盛極一時(shí)的美國深空探測也落入低谷，20世紀(jì)80年代的主角屬于航天飛機(jī)，而設(shè)計(jì)中的自由號空間站也占用了太多的資源。直到1989年，美國才使用航天飛機(jī)發(fā)射了麥哲倫號金星探測器，隨后又發(fā)射了伽利略號木星探測器。麥哲倫號探測器使用合成孔徑雷達(dá)獲取了100米分辨率的金星地圖，大大豐富了人們對金星地理的認(rèn)識(shí)。伽利略號探測器使用金星引力加速抵達(dá)木星，它獲取了大量木星的珍貴信息，如木星表面云層的清晰照片，確認(rèn)木衛(wèi)一頻繁的火山活動(dòng)、確認(rèn)木衛(wèi)二歐羅巴存在稀薄的大氣層同時(shí)冰層下存在液態(tài)的海洋、確認(rèn)木衛(wèi)三存在自身維系的磁場等，并測量了木星磁場的結(jié)構(gòu)和特征。伽利略號探測器不僅以目前木星唯一的人造衛(wèi)星獲得了一項(xiàng)榮譽(yù)，而且一系列重大發(fā)現(xiàn)幾乎永久性地改變了人們對木星系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。 20世紀(jì)90年代以后美國航空航天局將深空探測再次提上重要日程。美國的航天飛機(jī)釋放發(fā)射了尤利西斯號太陽極軌探測器，通過木星引力變軌進(jìn)入太陽極地軌道進(jìn)行太陽天文觀測研究，并順帶對木星進(jìn)行了一系列觀測。20世紀(jì)90年代美國的一個(gè)旗艦級項(xiàng)目是卡西尼-惠更斯土星探測項(xiàng)目，它是美國航空航天局與歐洲空間局的聯(lián)合項(xiàng)目，美國提供了卡西尼號土星軌道器，歐洲提供了惠更斯號土星著陸器。1997年10月15日美國使用大力神IVB火箭發(fā)射了卡西尼-惠更斯號探測器，通過借用金星、地球和木星的引力加速，探測器飛行將近7年后最終于2004年進(jìn)入土星軌道，開始對土星的地表、大氣、磁場、光環(huán)和衛(wèi)星進(jìn)行近距離探測。卡西尼探測器先后發(fā)現(xiàn)了土星的7個(gè)新的衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了土星表面液態(tài)羥組成湖泊和海洋，以及土星大氣層的颶風(fēng)，它還發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六表面的液態(tài)羥的河流和海洋?？ㄎ髂崽栐诙嗄甑沫h(huán)繞土星飛行中，還詳細(xì)測量了土星重力場的數(shù)據(jù)。 探測重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向火星火星作為地球外最適宜人類生存的星球，得到了美國航空航天局的青睞。雖然1992年火星觀測者任務(wù)失敗，但1997年美國發(fā)射了火星全球勘測者號軌道探測器，同年還發(fā)射了探路者號著陸探測器，進(jìn)行了火星軟著陸并釋放了一輛僅僅10.6千克的火星車。此后2001年美國發(fā)射了火星奧德賽號軌道器，然后又成功進(jìn)行了火星探測漫游者號、機(jī)遇號和勇氣號火星車的任務(wù)，并發(fā)射了鳳凰號著陸器降落在火星北極勘察水的存在，并試圖尋找是否存在適合微生物生存的環(huán)境。 美國也在繼續(xù)發(fā)射火星軌道器，2005年美國發(fā)射了火星偵查軌道器獲取了分辨率超過0.3米的超高精度火星影像。美國2011年還發(fā)射了空前先進(jìn)和復(fù)雜的好奇號火星車，在火星軟著陸和火星車探測領(lǐng)域?qū)⑵渌麌疫h(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。美國通過軌道器的高精度照片，著陸器和火星車的實(shí)地勘察，確認(rèn)火星上過去存在河流，現(xiàn)在也存在一定的水資源，這對目前由于技術(shù)和預(yù)算問題困難重重的載人探測火星來說可謂雪中送炭。 
美國在火星探測上占有絕對優(yōu)勢：全球參加過火星任務(wù)的探測器名單，近一半屬于美國，而火星表面的火星車全部屬于美國。 
新視野號探測器將史上首次探測冥王星。 深空探測的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向火星的同時(shí)，美國也在開展一系列小行星探測任務(wù)，如近地小行星交會(huì)探測器(NEAR)、深空一號探測器、黎明號(Dawn)探測器。美國還發(fā)射了深度撞擊探測器以一個(gè)撞擊器對坦普爾一號彗星的彗核進(jìn)行了撞擊，也發(fā)射過星塵號(Stardust)探測器對維爾特二號彗星的彗發(fā)的成分進(jìn)行探測。 不過美國現(xiàn)在最引人注目的一顆探測器，恐怕要數(shù)2006年1月19日發(fā)射的新視野號探測器，它使用Atlas V 551型火箭發(fā)射，是人類第一顆冥王星探測器，也是目前人類發(fā)射的速度最快的探測器。目前新視野號正在快速向冥王星飛近，預(yù)計(jì)2015年它將在距離冥王星10000千米外飛過，它將抓住百年難逢的機(jī)會(huì)對冥王星進(jìn)行探測，獲取冥王星大氣和表面成分等珍貴信息，并為冥王星拍攝高分辨率照片，同時(shí)對冥王星大氣逃逸原子、太陽風(fēng)帶電粒子和冥王星附近的星際塵埃進(jìn)行探測。新視野號是美國Discovery級別探測器的第一顆，第二顆就是2011年8月5日發(fā)射的朱諾號(Juno)探測器，朱諾號探測器采用了獨(dú)特的大型太陽翼設(shè)計(jì)，它計(jì)劃用于研究木星的組成、引力場和磁場，為了解木星的形成與構(gòu)造添磚加瓦。 結(jié)語，美國航空航天局依托美國強(qiáng)大的科研和工業(yè)實(shí)力，在巨額預(yù)算支持下，歷經(jīng)數(shù)十年時(shí)間在深空探測領(lǐng)域取得了令人嘆為觀止的成就，其探測的深度、廣度和取得的科研成果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上其他國家的總和。(文/張雪松) 月亮漫步系列策劃專題 |
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