问题

如何评价日本的あかつき卫星再次尝试入金星轨道?

回答
好的,我们来聊聊日本的“晓”(あかつき)探测器,也就是金星气候探测器,以及它这次第二次尝试进入金星轨道的过程。

要评价这次尝试,我们得先回顾一下它过往的经历,以及这次尝试本身的意义。

“晓”探测器的坎坷之路:第一次尝试的遗憾

首先要说的是,日本的“晓”探测器并非第一次尝试进入金星轨道。早在2010年,它就和其姊妹探测器一起发射升空,目标是环绕金星进行观测。然而,在2010年12月,当“晓”探测器尝试进行一次关键的“金星轨道注入”(VensVenus Orbit Insertion, VSOI)机动时,出现了问题。

简单来说,进入轨道就像开车一样,你需要精确地减速,让探测器从高速飞行的状态,变成一个稳定的、绕着金星运转的圆周(或椭圆)运动。这个过程通常需要点燃发动机,产生一个反方向的推力来降低速度。

“晓”探测器当时就是在这个点火操作上遇到了麻烦。发动机虽然点燃了,但由于某种原因,它并没有产生预期的推力,或者说点火时间比预期的要短。结果就是,探测器未能成功进入预定的金星轨道。它绕着太阳飞行,成了一个“轨道上的漂流者”,而它的任务也因此进入了“休眠”状态,等待下一个机会。

这次失败,对于日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和整个日本航天界来说,无疑是一个巨大的打击。金星探测在技术上有很高的难度,尤其是在探测器已经经历了漫长的星际旅行后,在遥远的金星附近进行如此精确的操作,对工程能力的要求极高。

第二次机会的到来:漫长的等待与新的希望

“晓”探测器虽然未能按计划入轨,但它并没有就此报废。工程师们并没有放弃,而是利用其仍然良好的状态,以及与太阳的相对位置,设计了一个非常规的、经过长时间“滑翔”的轨道,让它绕着太阳飞行,最终有机会再次靠近金星,并且利用金星的引力进行一次“引力辅助机动”(Gravity Assist),这类似于太空中的“甩绳子”技巧,可以调整探测器的速度和方向,为下一次入轨尝试做准备。

这个漫长的等待,让“晓”探测器在太空中又度过了好几年的时光。期间,JAXA的工程师们一直在进行监测和准备,不断进行必要的轨道修正,并为这一次至关重要的“再次入轨”(Reattempt Orbit Insertion, RAOI)做着精心的规划。

评价这次再次尝试:技术突破与战略意义

评价“晓”探测器这次再次尝试入轨,可以从几个方面来看:

1. 技术上的坚韧与毅力: 这是最直观的一点。“晓”探测器在第一次尝试失败后,没有被放弃,而是被赋予了第二次生命。这本身就体现了JAXA工程师们极高的技术水平、解决问题的能力以及不畏艰难的精神。在复杂的太空环境中,一次点火的失败就可能导致任务的终结,而“晓”却能克服困难,再次挑战,这是一种技术上的“王者归来”。

2. 精密的计算与操作: 再次入轨是一项极其复杂且对精度要求极高的操作。探测器必须在恰当的时间点,以精确的推力,进行恰当的变轨,才能成功捕获金星的引力,进入预定的轨道。这不仅需要探测器本身能稳定工作,更需要地面控制团队进行海量的计算、精确的指令下达和实时的监控调整。每一次微小的计算失误都可能导致失败。

3. 科学目标的实现: “晓”探测器之所以备受关注,是因为它承载着重要的科学任务。金星是一个与地球相似的行星,但其大气环境极其恶劣(高温、高压、强酸雨)。研究金星的形成和演化,对理解地球的未来,甚至寻找地外生命都有着重要的意义。“晓”搭载了多种先进的科学仪器,如相机、光谱仪等,用于研究金星的大气成分、结构、云层动态以及表面地形等。如果它能成功入轨,将为这些科学研究提供宝贵的数据。

4. 日本航天能力的证明: 金星探测的难度世界公认。能够成功进行金星轨道注入,是衡量一个国家航天技术水平的重要标志之一。“晓”的这次成功,无疑会进一步提升日本在深空探测领域的国际地位,展示其在复杂航天任务执行方面的强大能力。

5. 对未来深空探测的启示: 即使是第一次尝试失败,但“晓”探测器在经历过漫长飞行后仍然能够进行第二次入轨尝试,也为未来的深空探测任务提供了宝贵的经验。它告诉我们,即使在任务初期遇到挫折,通过周密的规划和坚韧不拔的精神,仍有可能克服困难,实现既定目标。这对于那些面临技术挑战和风险的太空任务来说,是一种重要的启示。

总结一下:

日本“晓”探测器再次尝试进入金星轨道,与其说是一次简单的操作,不如说是一场关于技术、智慧和勇气的太空史诗。它经历了失败的阴影,在黑暗中默默等待,最终以一种近乎“浴火重生”的方式,再次向着遥远的金星发起了冲击。这次尝试的成功,不仅是JAXA团队智慧和汗水的结晶,更是日本航天工业技术实力的一次有力证明,也为人类探索宇宙的征途增添了浓墨重彩的一笔。它告诉我们,在追逐星辰大海的道路上,坚持和不放弃,永远是通往成功的关键。

网友意见

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【金星简介】


金星(Venus)是太阳系八大行星之一,也是离地球最近的一颗类地行星。金星的质量约为4.87×10^24 kg,是地球质量的81.49%,平均半径约为6051 km,是地球赤道半径的94.9%,平均密度约为5.25 g/cm^3(地球为5.52 g/cm^3),表面重力加速度约为8.60 m/s^2,逃逸速度约为10.4 km/s。金星的这些特征都与地球相近,故一度被认为是地球的姐妹星(Phillips and Malin, 1983)。


Solar System



金星探测任务历程见Venus Exploration Timeline,随着观测技术的发展和探测积累资料的丰富,人们渐渐发现这两个星体其实有很大差别:金星没有全球性的板块运动 (Solomon et al., 1991, 1992),表面完全被稠密的云层所笼罩,有一个富含二氧化碳的大气层,其浓度为地球的90倍,温室效应很强,金星在太阳系行星中表面温度最高,没有液态水和生命,也没有卫星。此外,金星的磁场非常弱,赤道处磁场不足地球磁场的1/1000(小于0.003 Gs);金星的偶极磁矩小于1021 Gs·cm^3,不到地球磁矩的1/1000。但由于金星电离层与太阳风的相互作用,金星也有磁层,磁层顶在1.1倍金星半径处(地球磁层顶在10倍地球半径处),磁层内有来自太阳风和金星大气的等离子体 (肖龙, 2013)。



【Akatsuki号的前身今世】


Akatsuki号(あかつき、暁,或者金星气象卫星(Venus Climate Orbiter, VCO) 、PLANET-C这么多名字说的都是它啦,中文目前译为“破晓号”或者“黎明号”,主页君表示这个名字是不是抄了NASA的Dawn任务啊o(╯□╰)o)是日本JAXA机构下宇宙科学研究所(Institute of Space and Astronautical Science, ISAS)的行星探测计划PLANET计划的第三颗,日本的第一颗金星探测卫星,wikiwand.com/zh/%E7%A0%


Akatsuki号之前,日本还有一个探测任务叫希望号(のぞみ、望み、Nozomi),也叫PLANET-B,希望号设计之初的目标是金星探测卫星,后来变更为火星探测卫星,于是由日本第一颗金星探测卫星变为第一颗火星探测卫星,于1998年7月4日发射。从名字也可以看出来,希望号是凝聚了日本民众的希望之星,然而最终虽然到达了离火星1000 km之近的距离,但还是没能成功进入火星轨道,最终任务于同年12月31日确认终止 wikiwand.com/ja/%E3%81%


还有一颗虽然不是金星探测卫星,但作为日本甚至全世界的深空探测史上号称打不死的小强的迷之卫星而不得不提的,那就是隼鸟号(Hayabusa、はやぶさ、隼)。隼鸟号是MUSES系列第三颗卫星(MUSES-C),主要任务是达到小行星25143号(糸川星、Itokawa)采集小行星样本并返回地球。隼鸟号发射于2003年5月9日,预计于2007年6月返回地球。2003年10月就有引擎出现了故障,2005年7月29日第一次捕捉到糸川星的样子,随后又有装置故障,同年11月20和26日分别进行了两次软着陆,然后疑似发生燃料泄漏或其他不明事故,反正是这个也坏了那个也坏了,随后12月8日通讯中断。本来以为已经没戏了,结果,2006年1月23日,失联近两个月之后,突然又收到隼鸟号的信号了,这货居然没死透……然后通过漫长的通讯恢复,采样确认,各种修复,隼鸟号最后居然还是跌跌撞撞地飞回了地球,于2010年6月13日进入大气圈,随后本体被烧毁,采回的样本落在澳大利亚并被成功回收 Hayabusa_wiki 。隼鸟号的故事简直不能更虐更曲折了,更详细的可以看下这个腾讯新闻日本隼鸟号时隔7年返回地球 被喻“不死鸟”


PS:说这么多废话不是为了讲故事呀,都是为了让你们能看懂后面日本人吐槽的梗啊!后面如果看不懂了还是要回来这里的o(╯□╰)o



【命途多舛的入轨经历】


Akatsuki号于2010年5月21日日本种子岛的宇宙中心发射,计划于同年12月7日进入金星轨道,然而最终由于主引擎故障而入轨失败,绕着太阳转了五年,最终于今年的12月7日,用四台小引擎再次尝试进入金星轨道。想想也是挺可怜的……


然后嘛,2015年12月9日JAXA终于宣布确认Akatsuki号已经成功进入金星轨道了~并表示六个有效载荷中的三个:紫外成像仪ultraviolet imager (UVI)、中红外相机longwave infrared camera (LIR)、1微米近红外相机 1 μm camera (IR1)已经确认完毕,也收到了影像。下图就来自 Akatsuki号的紫外成像仪于2015年12月7日距金星约72000km时拍摄的金星影像NASA Applauds Akatsuki’s Successful Rendezvous with Venus



↓ JAXA官网的新闻JAXA | 金星探査機「あかつき」(PLANET-C)


↓ JAXA/ISAS于9日晚18:00-19:00召开了记者说明会金星探査機「あかつき」の金星周回軌道投入結果に関する記者説明会,墙外的童鞋可以去YouTube上看视频~


↓ 随后NASA也表示了祝贺NASA Applauds Akatsuki’s Successful Rendezvous with Venus



【基本参数】


↓ 构造ISAS | 金星探査機「あかつき」PLANET-C / 科学衛星


↓ 轨道ISAS | 金星探査機「あかつき」PLANET-C / 科学衛星JAXA | 金星探査機「あかつき」の金星周回軌道投入結果について




【有效载荷】


Akatsuki号搭载了六种有效载荷,可以多波段地探测金星大气层:


1、1微米近红外相机 (1 μm camera, IR1)

2、2微米近红外相机 (2 μm camera, IR2)

3、中红外相机 (longwave infrared camera, LIR)

4、紫外成像仪 (Ultraviolet imager, UVI)

5、雷电大气光相机(Lightning and Airglow Camera, LAC)

6、超安定震荡仪 (Ultrastable oscillator, USO)


↓ 具体功能ISAS | 金星探査機「あかつき」PLANET-C / 科学衛星




【其他】


↓ 重点来了答主带大家一起看看日本网友们在JAXA的评价(看来日本人民跟我一样也忘不了可怜的隼鸟号和希望号嘛~)请无视答主糟糕的日语翻译水平,答主就简单选了几句意译了一下啦!以及难以忍受的宋体字!但日语的系统除了宋体找不到其他显示中文的字体了啊哭!(看不懂的再翻回去看介绍!)


↓ 哎呀日本人也会吐槽政府乱花钱嘛,看看人家都怎么吐(si)槽(bi)的~


Akatsuki号预计于2016年4月开始正式的观测,人类接下来几个月会知道些什么呢~让我们拭目以待~


答主唯一知道的是:一大波Science即将袭来2333333~


↓ 最后来一张今年12月5日,JAXA宇航员油井亀美也(ゆい きみや)从国际空间站拍摄的这张金星的影像Venus From the International Space Station。影像最上部可见空间站的Kibo laboratory的一部分,哎呀真是美得不要不要的~


【参考文献】

Phillips, R. J. and Malin, M. C. The interior of Venus and tectonic implications, in Venus[J]. University of Arizona Press, Tucson, AZ, 1983.

Solomon, S. C. et al. Venus tectonics: Initial analysis from Magellan[J]. Science, 1991, 252(5003): 297-312.

Solomon, S. C. et al. Venus tectonics: An overview of Magellan observations[J]. JGR, 1992, 97(E8): 13199-13255.

肖龙. 行星地质学[M]. 北京:地质出版社, 2013.


备注:

1. 本文也同步更新于个人微信号twinkle_crystal_ball,略有改动,未经许可严禁转载(已授权知乎日报刊载)

2. 感谢帮我校对翻译的几位亲,不过我们几个日语水平实在有限,只能对不起观众了o(╯□╰)o

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