文/ 張晨

▲ 藝術家筆下的金星表面

“水手1號”/“水手2號”

上世紀50年代末期，美國噴氣推進實驗室開始論證金星探測計劃。最初論證的計劃為686 千克的水手A 飛掠探測器和更大的水手B 探測器，后者將攜帶一個進入艙飛向金星。然而這兩個金星探測器都需要當時正在緊張研制中的半人馬座低溫上面級，而其進度很可能趕不上1962年的發(fā)射窗口，最后不得不放棄開始的構想，建造了水手R 探測器，也就是“水手1號”/“水手2號”。

1962年7月22日，宇宙 神-阿金納火箭托舉著水手1號探測器升空，然而在起飛后不到5 分鐘，火箭就偏離軌道，最后自毀。后來發(fā)現(xiàn)問題出在宇宙神火箭的導航系統(tǒng)。

1962年8月22日，第二枚宇宙神-阿金納火箭發(fā)射了水手2號探測器?；鸺茖到y(tǒng)的故障被排除，但是一臺游動發(fā)動機出現(xiàn)了故障。在兩個助推發(fā)動機分離后，火箭開始加速滾轉，導致在一二級分離時火箭姿態(tài)出現(xiàn)錯誤。但阿金納上面級成功糾正了軌道，將“水手2號”探測器送入了前往金星的軌道。

▲ “水手2號”在廠房測試

▲ “水手2號”探測器

在巡航階段，“水手2號”可謂是命運多舛。探測器先是姿態(tài)發(fā)散，隨后星上地球敏感器跟丟了地球。又過了兩個月，一側太陽能帆板失效了。推進劑儲箱壓力異常增加，熱控系統(tǒng)故障，遙測通道失效。但是“水手2號”探測器最后頑強地抵達了金星，于1962年12月14日飛掠金星。

“水手2號”探測器攜帶的微波輻射計對金星進行了18 次掃描，觀測到的溫度分別為217℃（夜晚），322℃（晨昏線）和238℃（白天）。推斷出金星表面溫度至少達到425℃。估算下金星表面大氣壓為2 兆帕，通過飛掠角計算出金星質(zhì)量為地球的81.485%。

因為熱控問題，“水手2號”探測器于1963年1月3日失聯(lián)。

水手5號

“水手5號”探測器是基于水手C（即“水手3號”/“水手4號”火星探測器）改進的產(chǎn)物。它減小了電池板的面積，并且攜帶了鍍鋁聚四氟乙烯隔熱板。探測器發(fā)射質(zhì)量僅為244.8 千克。

“水手5號”探測器項目于1965年12月啟動，1967年6月14日由宇宙神-阿金納火箭發(fā)射升空，1967年10月19日飛掠了金星。

“水手5號”探測器對金星的質(zhì)量進行了更精確的測定。探測器檢測到金星的電離層和弓形激波。無線電掩星測量結果更加驚人——測量的金星地面壓力為7.5 兆帕至10 兆帕，溫度為約530℃。

▲ 水手5號

“水手5號”在離開金星后檢測了太陽X 射線，隨后進行了巡天掃描，1967年12月4日“水手5號”轉入休眠，1968年11月5日任務正式中止。

水手10號

“水手10號”探測器其實只是一次路過，借助金星的引力助推前往水星。然而探測器也對金星進行了探測。

1973年11月3日2 時45 分，宇宙神-半人馬座火箭將“水手10號”探測器送入了近日點0.7 天文單位、遠日點1.11 天文單位的環(huán)日軌道。入軌后探測器在20 萬千米高度對地球進行了成像。

入軌后，“水手10號”遭遇一系列技術問題。首先是等離子體探測器未探測到太陽風，接下來相機的熱控系統(tǒng)出現(xiàn)故障。不過探測器在11月13日順利完成了第一次修正，1974年1月21日完成第二次修正。

1974年1月28日，“水手10號”的穩(wěn)定陀螺出現(xiàn)故障，使得計算機誤認為探測器姿態(tài)發(fā)散并且點火調(diào)整，消耗了16%的姿態(tài)控制推進劑。不久發(fā)現(xiàn)問題是由磁強計懸臂導致的振動引起。差不多同一時候，探測器的主配電系統(tǒng)發(fā)生了一次詭異的故障，使得能源余量大幅降低。

▲ “水手10號”

▲ 水手10號探測器相機校準拍攝的地球

1974年2月5日16 時50 分，“水手10號”開始對金星成像。在距離金星8000 千米的距離上，“水手10號”總計拍攝4165 張照片，并且兩次完整記錄了金星大氣旋轉過程。大氣圖像記錄了“哈德里環(huán)流”的經(jīng)度方向氣流?！八?0號”探測到了金星的磁等離子體和巨量的原子氧，進一步證明金星大氣層上某個高度存在水蒸汽。

先驅(qū)者號金星軌道器/先驅(qū)者號金星多器探測器

▲ 先驅(qū)者號金星軌道器

▲ 先驅(qū)者號金星多器探測器

先驅(qū)者號金星計劃由先驅(qū)者號金星軌道器（先驅(qū)者-金星1號，先驅(qū)者12號）和先驅(qū)者號金星多器探測器（先驅(qū)者金星2號，先驅(qū)者13號）兩個探測器組成。兩個先驅(qū)者號金星探測器是基于低成本設計的新型金星探測器，是為對金星的大氣進行垂直探測而研制。

1978年5月20日，宇 宙神-半人馬座火箭發(fā)射了先驅(qū)者號金星軌道器。同年8月8日，先驅(qū)者號金星多器探測器也發(fā)射升空。

先驅(qū)者號金星軌道器是首次使用合成孔徑雷達對金星進行測繪的任務，而先驅(qū)者號金星多器探測器是對金星大氣開展不同環(huán)境下垂直探測的任務。兩個探測器為了降低成本，盡可能使用了相同的部件，零件通用率達到了78%。發(fā)射用的火箭選擇了宇宙神-半人馬座火箭。

先驅(qū)者號金星軌道器使用一臺17.8 千牛推力的固體火箭發(fā)動機用于進入金星環(huán)繞軌道。同時探測器攜帶了7 臺6.5 牛的推力器，加注32千克的肼用于姿控和軌道修正。先驅(qū)者號金星軌道器的發(fā)射質(zhì)量為553千克。

先驅(qū)者號金星多器探測器則重881千克，攜帶了一大三小4 個進入器，根據(jù)它們進入的不同位置，3 個小進入器被分別稱為金星北部探測器、金星陽照區(qū)探測器和金星陰影區(qū)探測器。主進入器重達316.5 千克，攜帶了一個3.6米直徑的降落傘，而93 千克的小型進入器則沒有配備降落傘。

1978年12月4日15 時58 分，先驅(qū)者號金星軌道器開始制動點火，航天器進入了一條周期23小時11 分鐘的軌道，于1990年10月8日燒毀。

1978年11月20日，先驅(qū)者號金星多器探測器主進入器被釋放，24日小型進入器也被釋放。12月9日18時45 分，主進入器以11.6 千米每秒的高速進入金星大氣層，此間承受了超過280g的過載。進入后18 分鐘降落傘成功部署，54 分21 秒后進入器觸地，數(shù)據(jù)發(fā)送隨即停止。其余三個小進入器也先后進入金星大氣，隨后解體并被燒毀。

麥哲倫號金星軌道器

在金星環(huán)繞成像雷達任務取消后，美國噴氣推進實驗室的工程師決定簡化探測器的設計。新的探測器叫做金星雷達測繪探測器（VRM）。只攜帶了一臺合成孔徑雷達和一臺高度計，可以提供30～50 米的高度分辨率。該探測器大量借用了以往的項目成果，1985年被命名為“麥哲倫號”。

1989年5月5日，“麥哲倫號”金星軌道器在美國肯尼迪航天中心由阿特蘭蒂斯號航天飛機攜帶升空。當航天飛機飛越太平洋上空時，“麥哲倫號”從航天飛機貨艙內(nèi)施放出來，隨后慣性上面級和探測器的組合體分離，“麥哲倫號”展開太陽能帆板，再通過慣性上面級的一次點火奔赴金星。

▲ “麥哲倫號”拍攝的金星

▲ “麥哲倫號”拍攝到的金星撞擊坑

1989年5月21日，1990年3月13日和1990年7月25日，“麥哲倫號”進行了3 次軌道修正,進入金星軌道。

▲ “麥哲倫號”拍攝的金星全球高程圖

8月29日，“麥哲倫號”開始首軌成像。但是就在工程師們慶祝圖像前所未有的清晰度的時候，“麥哲倫號”失蹤了。14.5小時后，一個微弱的信號被深空網(wǎng)捕獲，并且這個信號以2小時的周期緩慢重復，這表明探測器正在自旋。10個小時后，麥哲倫號接到指令，恢復探測器指向。當時工程師判斷是一個自檢程序出了故障，使得航天器進入安全模式，關閉了所有儀器并且只使用中增益天線和低增益天線通信。幾天后這個問題又出現(xiàn)了，噴氣推進實驗室無法和探測器取得聯(lián)系，于是決定讓深空網(wǎng)盲發(fā)指令，8 個小時后探測器終于恢復了控制，9月14日恢復成像。

在所有成像期間，“麥哲倫號”成像范圍覆蓋了超過98%的金星表面，每一圈軌道產(chǎn)生了超過100 兆比特的數(shù)據(jù)，是人類有史以來獲得的最清晰的金星表面圖像。探測器進行了金星表面的重力場和高度測量。合成孔徑雷達獲得的清晰圖像證實金星是一個以火山活動為主的世界。

1994年10月12日10 時02 分，在第15032 圈金星環(huán)繞軌道上，“麥哲倫號”與地面失去了聯(lián)系，2 天內(nèi)探測器就進入了金星大氣層，最后不知道墜落于何處。

相關鏈接

歐洲和日本的金星探測器

歐空局金星快車號探測器

金星快車號探測器是歐空局基于2003年發(fā)射的火星快車號探測器研制的金星探測器，是歐洲首個金星探測器，上面搭載了7 種科學儀器，可以對金星大氣、離子環(huán)境及其與太陽風的相互作用等進行測量。

金星快車號探測器于2005年11月9日從拜科努爾航天發(fā)射場由聯(lián)盟-弗雷蓋特上面級發(fā)射升空，2006年4月11日進入金星軌道，隨后進入近點250 千米、遠點66000 千米的環(huán)金星軌道。歐洲和美國科學家從歐空局“金星快車”探測器傳回的金星地質(zhì)圖像中發(fā)現(xiàn)了一些年代較新的熔巖流痕跡，這為金星上仍有火山活動的觀點提供了新證據(jù)。

金星快車探測器于2014年11月28日與地面失去聯(lián)系。

▲ “破曉號”在金星低軌道工作的模擬圖

日本“破曉號”/“伊卡洛斯號”

金星氣候軌道器（VCO），即PLANET-C（行星-C）探測器，也叫做Akatsuki號，中文譯名“破曉號”。該探測器是日本宇宙航空研究開發(fā)機構的第三個行星探測器。破曉號探測器利用多波長成像技術，從軌道上研究金星大氣的動力學，特別是高層大氣的超自轉和低層大氣的三維運動，從而探究金星大氣旋轉的動力原因。它還測量金星大氣溫度，尋找金星火山活動和大氣閃電的證據(jù)。探測器發(fā)射質(zhì)量為480 千克。

▲ “金星快車”在軌示意圖

2010年5月20日21 時58 分，“破曉號”由H-2A-202火箭發(fā)射升空，一同發(fā)射的還有伊卡洛斯號太陽帆試驗飛行器和UNITEC-1 空間技術試驗立方星。其中UNITEC-1 試驗立方星分離后不久就失去了信號。

2010年12月7日，“破曉號”開始制動點火，由于發(fā)動機提前關機，“破曉號”沒有成功進入金星軌道。之后探測器進入了環(huán)繞太陽的軌道運行，2015年，日本宇宙航空研究開發(fā)機構的工程師們控制探測器使用4 臺沉底發(fā)動機燃燒20分33 秒，進入了周期為44小時的高金星橢圓軌道?！捌茣蕴枴爆F(xiàn)在也是唯一一個在軌的金星人造衛(wèi)星?！?/p>