美國信使號水星探測器

美國信使號水星探測器（MESSENGER，MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging的首字母，翻譯為水星表面，空間環境，地球化學，測距）是1975年以來美國航空航天局首次對水星進行探測，它發射於2004年8月3日，經過6年半時間，長達79億公里的旅程，至2011年進入水星的軌道。用於研究水星的化學成分，地質學和磁場等。

它裝備有2塊太陽能板以提供自身能量、一塊遮光板以保持冷卻，信使號每12個小時就圍繞水星旋轉一周，期間它將拍照以研究這顆行星的地質歷史和磁極分布。

截至2015年，信使號探測器已經圍繞水星運行了近4年，2015年3月，《新科學家》雜誌報導稱該探測器燃料將耗盡，探測器將距離水星非常近，可能導致其結構中的部分焊接材料熔化。

基本介紹

• 中文名：美國信使號水星探測器
• 外文名：MESSENGER
• 發射時間：2004年8月3日
• 路程：長達79億公里的旅程
• 主體高：4.7英尺(約合1.42米
• 單位：美國航空航天局
• 任務類型：水星探測
• 國際標誌：2004-030A
• 衛星目錄號：28391
• 製造商：套用物理實驗室
• 發射重量：1107.9kg
• 火箭：Delta II 7925H-9.5

任務背景

以前的任務

1973年，美國航空航天局發射了“ 水手10號”，進行了金星和水星的多次飛越。Mariner 10提供了水星的第一個詳細數據，繪製了40-45%的表面。水星10號的最後飛行發生在1975年3月16日。隨後對地球的近距離觀測不會發生超過30年。

任務建議

1998年，一項研究詳細說明了向水星傳送軌道太空飛行器的擬議任務，因為行星在那一點是對內部行星的最少探索。在水手10任務之後的幾年裡，隨後的任務提議重新審視了水星，似乎太昂貴了，需要大量的推進劑和重型運輸火箭。此外，將飛船插入水星周圍的軌道是困難的，因為接近地球直接路徑的探測器將被太陽的重力加速，並通過水星太快地到達軌道。但是，使用由陳婉顏於1985年設計的軌跡，研究表明，它有可能尋求發現類通過使用多個，連續的重力使命協助，圍繞金星和水星“swingby”演習，結合未成年人推進的軌跡以逐漸減慢太空飛行器，從而最小化推進劑的需要。

目標

該信使團的目的是從軌道研究水星的特徵和環境。具體來說，特派團的科學目標是：

以表征水星表面的化學成分。

研究地球的地質歷史。

以闡明全局磁場（磁磁層）的性質。

確定大小和狀態為核心。

以確定極點處的揮發性庫存。

以研究水星的外域的性質。

探測計畫

1、按照計畫信使號太空飛行器發射升空後，將環繞地球、金星、水星飛行7年，藉助這3顆行星的引力提速，最終進入水星軌道運行。經在太空疾馳88.4億千米之後，它才於2011年3月轉入環繞水星的橢圓軌道飛行，開始其1年的探測工作。

2、選擇這樣一條迂迴線路的目的，就是為了節約燃料，以減輕“信使號”的質量，降低成本。儘管如此，整個探測活動仍耗資4.27億美元，最終超出了“發現者”探測計畫預設的資金限額。

3、在地面測控中心的管理下，“信使號”最後將進入一條近地點為201千米、遠地點為15000千米的橢圓軌道繞水星運行，繞行一周為12小時。它將成為水星的第一顆人造衛星，故能對水星整個表面進行拍攝、測繪和遙感考察，而不像水手10號那樣只能覆蓋水星表面的45%。

探測任務

1、信使號在這次飛掠過程中將對人類探測器此前未曾觀測過的大片水星區域進行拍攝，預計將發回約1200張水星照片。

2、信使號在飛掠過程中還將對水星整體環境進行研究，它發回的探測數據將幫助科學家分析水星表面組成成分、盆地、磁場和重力場等。

3、水星是距離太陽最近的行星，在冥王星由行星降格為矮行星後，水星成為太陽系中個頭最小的行星。科學家認為信使號的探測結果將有助於人類從新的角度認識水星，同時也可能為關於水星以及整個太陽系的一些未解問題找到答案。

功能特點

1、美國宇航局發射的“水手10號”探測器曾於1974-1975年從水星旁飛過，拍到過一些照片，幾十年來天文學家們也是一直根據這些照片進行研究。但是“水手10號”並沒有拍到水星全貌，現在這些空白將由“信使號”來填補。

信使號

2、水星是太陽系當中距離太陽最近的一顆行星，儘管它並不大——只比月亮大一點，上面還布滿岩石，但它擁有與地球類似的地表環境。長久以來由於它表面溫度很高——可以令鉛融化，科學家一直無法對它進行研究，對水星的研究可以為天文學家研究其它岩石星體提供珍貴的數據和經驗。

3、美國“信使號”水星探測器已成功進入水星軌道，開始對水星進行為期一年的拍照探測工作，這也是1975年以來美國宇航局首次對這顆離太陽最近的行星進行探測，據宇航局工作人員介紹“信使號”的探索麵積將達到95%。

運行軌道

“信使”號的12小時繞水軌道將是一個橢圓形。距離水星表面最近時，二者之間的距離不超過124英里(約合200公里)，最遠時的距離達到9420英里(約合15193公里)。距水星地表高度的短暫變化允許“信使”號更好地了解水星的地質特徵。此外，橢圓形軌道也能保護“信使”號免遭水星荒涼表面反射的大量熱量侵襲。

進入軌道後，“信使”號將一直從高空對“水星”進行觀測，研究和分析它的這個最終歸宿地。這顆探測器並沒有足夠燃料幫助它重返地球。在收集數據的工作結束後，“信使”號將最終墜落水星，在水星坑坑窪窪的表面產生另一個大洞。

飛行速度

研究人員表示，這顆探測器在6年半的太空飛行中相對於太陽的平均速度達到每小時8.45萬英里(約合每小時13.6萬公里)。這一速度幾乎是美國宇航局的太空梭在低地球軌道飛行時的5倍。有時候，“信使”號的飛行速度超過每小時14萬英里(約合每小時22.5萬公里)，接近史上探測器的最快飛行速度。

體積

“信使”號的主體高4.7英尺(約合1.42米)，寬6.1英尺(約合1.85米)，長4.2英尺(約合1.27米)，體積與一個大辦公桌相當。它裝有2個太陽能電池板“翅膀”，面積為5英尺×5.5英尺(約合1.5米×1.65米)，在探測器兩側展開。“信使”號發射時的重量超過1噸，其中有超過一半的負荷為燃料，探測器本身以及所攜帶科學儀器的總重量大約在1100磅(約合500公斤)左右。

攜帶儀器

1、信使號探測器攜帶著攝像機、磁力計、雷射高度計、X射線分光儀、r射線分光儀、高能粒子分光儀、大氣和表面成分分光儀共7種科學儀器。

2、通過雷射高度計提供的數據資料將能繪製水星表面的三維圖像，磁力計的探測結果有可能解開水星的磁場之謎，4種分光儀的測量能夠給出水星空間及其表面的確切元素比例和表面岩石的組成，還能判斷水星是否真的有冰存在。

3、鑒於水星自轉軸幾乎垂直公轉軌道面，它兩極地區的環形山底部永遠見不到太陽，加之水星沒有空氣，不能像地球一樣將赤道熱量帶到兩極，故而科學家們推測那裡冷得足以讓水凍結成冰。1991年天文學家們用地面射電望遠鏡向水星發射了電波，發現其南北極環形山底部有類似冰質的反射雷達波。是否確有水冰，“信使號”應能提供更為準確的資料。

4、由於水星上的太陽光比地球陽光強約11倍，“信使號”進入繞水星的軌道運行後將經受高溫考驗。為了保證它能完成為時12個月的探測任務，給其攜載的科學儀器都安裝了隔熱層。科學家們希望它能不辱使命，順利實現預定的目標，以深化人類對水星的認識。

遮陽傘

由於水星距離太陽很近，“信使”號在繞水星軌道運行時必須經受住高溫和強太陽輻射的考驗。為此，任務規劃人員專門為“信使”號打造了一把“遮陽傘”，也就是具有高反射性的耐熱遮陽罩。研究人員表示，遮陽罩安裝在“信使”號前端的一個鈦結構上，高大約8英尺(約合2.4米)，寬大約6英尺(約合1.8米)，能夠很好地保護這顆探測器。

在水星距離太陽最近時，遮陽罩前方的溫度可達到700華氏度(371攝氏度)。但在遮陽罩的後面，“信使”號以及所攜儀器的溫度卻保持在室溫狀態，即大約70華氏度(20攝氏度)左右。

燃料消耗

2004年發射時，“信使”號的重量達到2420磅(約合1100公斤)左右，推進劑的比重占到55%左右，達到1320磅(約合600公斤)。攜帶如此多的推進劑的一個重要原因是，“信使”號需要減速以進入水星軌道。美國東部時間17日晚上大約8點45分，“信使”號的主推進器將點火，持續大約15分鐘。研究人員表示，入軌過程——“信使”號飛行速度減至足以讓水星引力捕獲的程度——將消耗“信使”號在發射時所攜推進劑的大約31%。

造訪水星

1、由於水星離太陽很近，因此這次發射的水星探測器--信使號造訪水星時將面臨高溫的烤驗，它所進行的水星探測是迄今為止所有行星探測活動中最嚴熱的一次。 為了讓探測器適應水星特有的大氣環境和高溫，科學家進行了一系列的嘗試，精心打造出了能經受高溫考驗的水星使者信使號。

2、造價4.27億美元的信使號水星探測器無法以直線飛行線路前往水星，信使將藉助地球、金星和水星的引力，把飛行速度降到足夠慢，最後滑入圍繞水星旋轉的軌道。信使將於2006年10月和2007年6月兩次飛過金星，藉助金星引力調整飛行軌道，向水星靠近。

3、信使於2008年1月、10月和2009年9月3次飛過水星，並於2011年3月進入環繞水星的目標軌道。信使號水星探測器將圍繞水星進行為期一年的科學觀測，拍攝下清晰度很高的水星圖片，供科學家們研究。

傳回照片

美國航天局“信使”號宇宙飛船2011年3月18日首次進入水星軌道，美國東部時間3月29日凌晨5點20分，“信使”號拍攝到一張水星南半球的圖片，在隨後6小時裡又拍下363張圖片，預計在31日之前總計拍攝1185張圖片並傳回地球。不過這還只是在測試階段，“信使”號從4月4日起將正式開始為期一年的科學觀測工作。

正式觀測開始後，它將以每12小時繞水星一周的速度，沿兩極橢圓軌道運行並拍攝7.5萬張水星圖片，同時探測器上的7台科學儀器也將對水星進行全面觀測，蒐集各種信息。“信使”號肩負的任務有確定水星表面成分、探測水星磁場以及水星的永久陰影部分是否存在冰等等。

美國航天局網站稱，這張照片是設計師在進行宇宙飛船儀器檢測時所拍攝的。照片拍攝位置在水星的南極上方。較為珍貴的是，該照片拍到了水星表面以前難以觀察到的位置。

網站引用“信使”號首席調研員肖恩·所羅門的話稱，照片和“信使”號測量到的軌道數據是接下來一年科學研究的開端。這表明，針對太陽系中主要行星的軌道探索已經開始了。