之所以稱為金星“快車”，並不是因為它跑得快，而是研製速度快。歐洲空間局在設計“金星快車”時曾利用了“火星快車”和 “羅塞塔”探測器的結構和相當多的儀器。“金星快車”項目提出於2001年，從提出最初構想到探測器準備發射總共只用了4年。正如歐洲空間局金星探測項目領導人頓·馬科伊所說的：“我們的探測器是名副其實的‘快車’，因為此前還沒有任何一個宇宙探測項目進展得如此之快”。
基本介紹
- 中文名：金星快車
- 發射日期：2005年11月9日
- 大小：1.5 m × 1.8 m × 1.4 m
- 發射質量：1250 kg
- 推進劑：570 kg
- 有效載荷：90 kg
簡介,發射目的,主要任務,探測計畫,項目組成,發射器,軌道器,控制中心,星體構造,結構系統,溫控系統,電源系統,推進系統,軌道控制,通信系統,數據管理,探索歷史,探測紀錄,金星簡介,未解之謎,二氧化碳,液體海洋,活火山,有無生命,超旋之謎,未來議題,壽終正寢,
簡介
“金星快車”是歐洲首個金星探測器，於2005年11月9日自哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場搭乘“聯盟”運載火箭升空。“金星快車”的研發工作耗時4年，造價3億歐元。 “金星快車”將對金星進行為期486天的探測，主要任務是對神秘的金星大氣層進行更精確的探測，分析其化學成分。此外，探測器還將就太陽風對金星大氣和磁場的影響進行分析，並觀測金星氣候變化。
探測器設計壽命至少達4年。“金星快車”總重量1270公斤(93公斤有效載重，570公斤燃料)。其外形尺寸為1.5 ×1.8 ×1.4米(不計長約8米的太陽能電池板)。
“金星快車”攜帶了7種儀器，有空間電漿和高能粒子分析器、高解析度紅外傅立葉變換光譜儀、紫外與紅外光譜儀、無線電科學儀器、紫外-可見光-紅外成像光譜儀、低頻雷達探測器和金星探測照相機。
可以對金星大氣、離子環境及其與太陽風的相互作用等進行測量。金星快車於2005年11月9日發射，2006年4月進入金星軌道，預計2015年中期終止任務。
發射“金星快車”探測器是為進一步揭示金星大氣層的奧秘。人類最近一次探測金星是在1989年5月4日，美國用亞特蘭蒂斯號太空梭將“麥哲倫”號金星探測器帶上太空，並於第二天把它送入金星的航程。在金星探測停頓了16年之後，“金星快車”的發射將推動人類對金星的研究邁入一個新階段。
發射目的
解決地球未來溫室效應
金星與地球有很多相似的地方，如外形、質量、大小。但是金星上的氣候卻與地球有著天壤之別--它厚密的大氣具有極強的腐蝕性，溫室效應也極為嚴重，巨大的氣壓連同煉獄般的高溫也曾使前蘇聯探測器亡命此處。本次“金星快車”的探測任務就是要去揭開金星為何具有如此殘酷的環境之謎。
2005年10月26日歐洲宇航局的“金星快車”探測器將從拜科努爾航天發射場啟程前往金星。這一探測任務將幫助科學家們解決有關地球未來溫室效應的問題。
金星快車其探測金星的主要目的是獲取有關金星極為嚴重的溫室效應的最新信息。
據科學家們計算，兩米大小的“金星快車”在升空後將花費5個月時間飛越4000萬公里前往目標。金星是距離地球最近的行星，其大小近似地球，但它上面的大氣環境卻極其惡劣。金星濃密的雲層中含有大量的二氧化碳，這導致金星表面溫度高達450攝氏度並不斷接受酸雨的洗禮。
據牛津大學弗雷德-泰勒教授稱：“今後，地球的溫室效應儘管不會變得像金星那么恐怖，但卻仍然在朝著這一方向發展。地球溫室效應日益加強的禍首是二氧化碳，金星溫室效應的罪魁當然也是這種氣體”。
另據從事此項研究的科學家安德魯-庫茲表示：“本次探測任務將解釋金星濃密的大氣到底是如何發揮作用的，它又是如何與金星表面相互影響如何影響其周圍空間的。通過對金星難以遏制的溫室效應進行研究，有利於科學家們解決地球未來的溫室效應問題”。
主要任務
“金星快車”探測金星的主要任務是：在空中對金星表面進行掃描、研究金星大氣的構成、研究金星上火山活動情況。科學家們稱，金星上有劇烈的火山噴發活動，這導致金星表面近90%的地方全被淹沒在火山熔岩中。“金星快車”還將研究金星兩極地區的旋風。預計，該探測器將對金星進行至少兩年的探測。
探測計畫
原計畫於2005年10月25日從拜科努爾航天發射場出發前往地球的近鄰金星執行探測任務的歐洲宇航局的“金星快車”探測器由於技術原因推遲到11月9日發射。這是歐洲首次向金星發射探測器去研究這顆最明亮也離地球最近的行星。
據牛津大學“金星快車”探測項目成員弗雷德-泰勒教授稱，金星之所以能讓科學家們如此著謎，就是因為美國和俄羅斯(包括前蘇聯)之前的一系列探測任務都幾乎毀於金星嚴酷的環境。“金星快車”裝備的諸多儀器就是為了去研究金星厚密的雲層、周圍環境，並從取回樣品加心分析比較來解釋為何它與地球有著如此大的區別。
另據原始微粒與天文物理研究協會的凱斯-馬森教授稱，地球大氣目前正不斷被污染和變熱。研究金星有利於科學家們更深地了解地球氣候的演變進程。
“金星快車”探測任務繼承了歐洲宇航局“火星快車”和“羅塞塔”號探測任務所取得的成果。該項目耗資達1.4億英鎊(2億歐元)，探測器設計壽命至少達4年。
英國科學家和商業人士與牛津大學的科研小組都積極參與了本次探索任務。倫敦大學空間科學實驗室等著名科研機構還為探測器開發出等離子分析儀ASPERA-4，它將被用來研究太陽風與金星大氣之間的相互作用。
英帝國大學(Imperial College)和謝菲爾德大學的科學家們還聯手打造了地磁儀，它將通過感應磁場來研究太陽風與金星大氣的相互影響。另外還有一些儀器將被用來研究可能存在的金星火山活動之類的問題。
此外，“金星快車”上還安裝了金星監測照相機(它根據金星表面溫度的變化而拍攝不同色彩的照片)、金星無線電科學實驗儀器、紅外及紫外線光譜分析儀器、可見光-紅外光成像儀和能夠對金星大氣溫度進行立體測量並能探測火山活動的光譜分析儀。
根據目前計畫，“金星快車”在經過5個月4100萬公里的長途飛行後將於2006年4月份開始進入金星軌道工作。預計它將在金星軌道上工作500天(2個金星日)。
金星每九個月與地球近距離約會一次，“金星快車”就是選擇了這樣一個時間段來發射。在經過162天的飛行後，“金星快車”將進入橢圓形的金星極地軌道，與金星表面的距離為250-6600公里。探測任務將持續兩個金星恆星日(約500個地球日)，如果有可能，“金星快車”還將再加500天的班。
項目組成
發射器
金星快車
是歐洲/俄羅斯聯合公司斯塔瑞森（Starsem）製造的聯盟號飛船。發射質量1270千克，包括93千克軌道器有效載荷和570千克燃料。
軌道器
軌道器設備包括：金星監視照相機、空間電漿和活性原子分析器等。
控制中心
宇宙飛船由位於德國達姆施塔特市的歐洲太空控制中心操縱。
星體構造
“金星快車”星體有7個分系統，即結構、溫控、電源、推進、姿態與軌道控制、通信和數據管理分系統。
結構系統
金星快車結構
“金星快車”的星體大致呈方形，尺寸為1.65米×1.7米×1.4米，總體構型為核心結構加外圍結構。
1、星體被核心結構的隔板分割成6個隔艙。主要搭載的儀器包括：
對溫控和/或指向性能有苛刻要求的：行星傅立葉光譜儀（PFS）、金星大氣特徵研究分光計（SPICAV）和可見光與紅外熱成像光譜儀（VIRTIS））集中放置於-X軸向隔艙內，靠近探測器-X軸冷麵和姿態與軌道控制系統基準單元（慣性測量裝置和星跟蹤器）。
MAG磁強計的感測器和可伸縮支桿裝在星體外部頂板上。空間電漿與高能原子分析儀（ASPERA）4的感測器裝在底板和-Y軸側壁上。
推進系統的安裝與火星快車相同。兩個推進劑貯箱安裝在核心結構的中心部位，主發動機位於底板之下並指向-Z軸方向，而8台推力器則設在星體的4個底角處。
2、外圍結構
兩個太陽翼安裝在±Y軸的側壁上，可繞Y軸旋轉（接口同火星快車）。
溫控系統
在任務的各個階段，探測器的溫控系統用於使所有設備都處在容許的溫度範圍內。這些設備分為兩類，即集中控制裝置（由溫控系統統一進行隔熱和加熱）和單獨控制裝置（自備溫控措施（如塗層、加熱器和隔熱件））。
電源系統
金星紫外波段下的雲層高度圖像
金星快車的電源系統高度自主。探測器上對稱安裝有兩個太陽能電池陣，每個由兩塊帆板組成，總面積5.7平方米，採用三結砷化鎵電池。
太陽陣在地球附近可產生至少800瓦的功率，在金星軌道上的發電功率為1100瓦。在日蝕期或當探測器用電需求超出太陽陣供電能力時，可由3組24安時的鋰離子電池供電。
推進系統
金星快車的推進系統與“火星快車”所用的雙元推進劑系統相同，但加注了更多的推進劑（約530公斤，而“火星快車”約為430公斤）。推進劑為四氧化二氮和單甲基肼，供分四組安裝的8台推力器和主發動機使用。主發動機推力為415牛，推力器單台推力為10牛。
軌道控制
金星快車採用了固定安裝的高增益通信天線和只有一台主發動機的推進系統配置，從而要求它有高度的姿態機動能力。
探測器的姿態測量採用星跟蹤器和陀螺儀來進行。
姿態與軌道控制系統的感測器包括兩台星跟蹤器、兩台慣性測量裝置和兩台太陽捕獲敏感器。每台星跟蹤器都有一個16.4度的圓視場，能利用星等為5.5或更高的恆星進行測量。每台慣性測量裝置使用3個環形雷射陀螺和3台加速度計。太陽捕獲敏感器用於在太陽捕獲模式下或在姿態捕獲或重新捕獲過程中為探測器定向。
姿軌控系統採用由4個斜置反作用輪組成的反作用輪組合，能利用其中任意三個輪來完成大部分基本飛行動作。
通信系統
“金星快車”的通信系統由一台雙波段轉發器（DBT）、一台射頻分配單元（RFDU）、兩台行波管放大器（TWTA）、一台波導接口單元（WIU）和4部天線組成。雙波段轉發器含兩個雙重收發鏈路，每路均設有X波段發射機、帶5瓦末級放大器的S波段發射機、X波段接收機和S波段接收機。
數據管理
金星快車
數據管理系統有4個相同的處理器模組，分置於兩個控制與數據管理單元內。兩個處理器模組專供數據管理系統使用，另兩個供姿軌控系統使用。
固態大容量存儲器用於數據存儲，最大容量為12GB。它與兩台數據管理系統處理器、傳輸幀發生器（TFG）以及VIRTIS和VMC儀器相連。
控制與數據管理單元控制地面指令的接收和執行、星務管理及科學和遙測數據的存儲以及存儲數據傳送前的格式編排。它還用於進行星上數據管理、控制律處理和星上控制程式的執行。
姿軌控系統接口單元負責姿軌控系統感測器、反作用輪、太陽陣驅動裝置及推進感測器和作動器。遠程終端單元與探測器其它系統和儀器連線。
探索歷史
- 20世紀50年代，天文學家們曾認為金星上有茂密的綠色森林和石油的海洋。但這一構想最終被推翻。
- 占星學家稱，金星不但會影響人的愛情，還會影響商人的生意。
- 太陽系其它行星都同方向自轉，只有金星逆向旋轉。
- 1970年前蘇聯發射的“金星-7”號探測器是人類第一個登入金星的探測器，也是除月球之外人類發射到其它星球上的第一探測器。它在金星表面“存活”了僅23分鐘，隨後被巨大的金星大氣壓力所支解。
- 太陽系其它行星軌道都是橢圓形，唯有金星軌道近似圓形。
- 法國人1821年從土耳其購買的美和愛的女神雕像以“維納斯”(金星)命名，可能是因為金星是當時人們所認識到的已知行星中最亮的一顆。
- 2005年11月9日，金星快車自哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場搭乘“聯盟”運載火箭升空。這是歐洲首次向金星發射探測器，也是十多年來首次有人類探測器再次探訪金星。
- 2006年4月11日，歐洲空間局宣布，格林尼治時間8時07分，金星快車完成減速過程，順利首次進入環金星橢圓形軌道。
- 2006年4月14日，歐洲空間局公布了金星快車傳回的首批金星圖像。這些金星南極地區的圖片是探測器4月12日在距離金星20萬公里的環金星橢圓形軌道上由“紫外線、可見光和近紅外線成像分光計”和“金星監測照相機”拍攝的。
- 2006年6月27日，歐洲空間局宣布，科學家對金星快車發回的數據進行分析後確認，金星南極上空大氣中存在著奇怪的雙漩渦。
- 2011年11月的《伊卡爾斯》雜誌報導了最近“金星快車號”的測量結果，也證實金星陰面有一層薄薄的臭氧層。
- 2012年4月，金星快車觀測到了金星上的“磁重聯”現象，通過分析從“金星快車”獲得的數據揭示出許多磁場和磁尾中的電漿有交換能量的現象。在許多方面金星的磁層是地球磁層的縮小版，新發現表明，“磁重聯”致使大量電漿從磁尾中逃逸，這為我們提供了一種用來解釋為什麼氣體會從金星的上層大氣中丟失的新機理。這對於理解金星在經歷了“失控的溫室效應”之後又丟失掉了大量的水有幫助。
- 2012年10月，金星快車在金星的大氣里發現一個的寒冷區域，這裡的大氣溫度低至零下175攝氏度，低溫環境或許能令二氧化碳凍結成冰或者雪。
- 在2014年年底之前，“金星快車號”將繼續收集數據，為這些問題提供答案。在2015年中期的某個時段，它將墜入金星毒雲。
探測紀錄
歐航局的“金星快車”創下了多項探測紀錄：
1、第一次運用全球監測系統探測金星低空的近紅外線；
2、第一次對金星表面不同高度的大氣溫度和氣流運動情況做系統研究；
3、第一次測量金星軌道表面氣溫變化區域的分布；
4、第一次對金星表面中、高層大氣的不同氣體如氧氣、氮氣等的釋放進行研究；
金星簡介
金星的軌道位於水星和地球軌道之間，是第二個靠近太陽的類地行星，也是太陽系中唯一一顆沒有磁場的行星。在九大行星中金星是最接近圓形的，偏心率也是最小的。有人稱金星是地球的孿生姐妹，確實，從結構上看，金星和地球有不少相似之處。金星的半徑約為6073公里，只比地球半徑小300公里，體積是地球的0.88倍，質量為地球的4/5；平均密度略小於地球。但兩者的環境卻有天壤之別，金星的一些特性甚至是難於理解的，因此，金星和地球只是一對“貌合神離”的姐妹。
金星濃厚的雲層把大部分的陽光都反射回了太空，所以金星表面接受到的太陽光比較少，大部分的陽光都不能直接到達金星表面。如果沒有溫室效應的作用，金星表面的溫度就會和地球很接近。
未解之謎
儘管探測過金星的飛船已經有26艘，但許多重要問題目前仍不清楚，金星仍是一個神秘的世界。
二氧化碳
二氧化碳是金星大氣層的主要成分，占96%，而地球大氣中的二氧化碳只占0.033%。地球大氣中一度存在的二氧化碳，現在幾乎全部禁錮在碳酸鹽岩石（如石灰石）中，其數量與金星大氣中的二氧化碳數量相當。為什麼金星的大氣層中的二氧化碳一直以氣態形式存在於大氣層中呢？兩個原本性質相近的行星又何以演化為南轅北轍的兩種世界？金星快車的任務之一正是要為我們解開這個謎。
液體海洋
有一種理論認為，金星曾經比較冷，有過海洋。在金星演變的某個時期，溫度升高，逐漸蒸發海洋。水分蒸發進入上層大氣，在那裡被太陽加熱逐漸分解。其中的氫逃逸到空間。海洋中的二氧化碳逐漸進入大氣中，使大氣變厚，阻礙大地向太空散發熱量，從而引起地面氣溫升高，產生溫室效應。為了證實金星曾經有液體海洋的理論，需要詳細探測金星大氣層中氘（氫的同位素）的含量與分布。
活火山
根據美國“麥哲倫號”的探測，科學家們確認金星曾經是太陽系中火山活動最頻繁的行星。幾十億年以來，火山不斷爆發。但其爆發的原因仍然是個謎。也許爆發仍在繼續，大氣中的有毒氣體硫不斷增加。但目前還沒有獲得火山仍在噴發的證據。
有無生命
一般人們認為，金星地表溫度太高，大氣壓力也太大，大氣中含有大量極具腐蝕性的酸蒸氣，不適合生命的存在。但美國德克薩斯州大學的一個研究小組動搖了這一結論。他們的研究表明，金星實際上可能有生命。他們發現金星大氣里有神秘的斑塊在旋轉，經過分析，認為這些斑塊可能是細菌群體。這些微生物雲可能在金星大氣50公里上空的雲中生存著，因為這兒的環境相對柔和，有水滴存在，溫度是70℃，大氣類似地球。他們在分析以往探測器的資料之後，發現金星上出現了化學上的怪事，只能用有活的微生物存在來解釋。他們原本期望在這些資料里找到大量由太陽光和閃電造成的一氧化碳，結果發現了硫化氫和二氧化硫，這兩種氣體一般不會一起被發現，除非有某種東西在產生它們。他們也發現了硫化碳醯，這是一種很難通過無機化學方式產生的氣體，一般認為它的出現和活的有機體有關。因此他們分析金星上可能有一種我們還不知道的產生氫和硫化碳醯的方法，但產生這二者都需要催化劑。在地球上最有效的催化劑就是微生物。他們認為這些微生物可能利用太陽的紫外光作為能源，這就可以解釋為什麼在金星的紫外圖像上存在著這些奇怪的暗斑了。儘管如此，許多科學家還是懷疑他們的結論。因此，需要對金星大氣進行深入的探測才能得到某種可靠的答案。
超旋之謎
金星雲層中自東向西刮著每秒80米至110米的大風，比地球上的颱風要強得多。金星赤道自轉速度為每秒1.81米，僅相當於最大風速的60分之一，故科學家們將這一疾風稱為“超旋”現象。發現此現象雖已40多年，但仍是不解之謎。
未來議題
在未來的金星探測中，除了考慮上述未解之謎外，關注的主要科學問題包括：
（1）氪和氙等重的惰性氣體的含量，涉及到金星的起源與演變。
（2）微量氣體及其同位素的含量，有助於類地行星環境的比較研究。
（3）表面性質，包括地質特徵、隕石坑分布。
（4）揮發性物質在內部演變過程中的作用。
（5）金星溫室效應的機制。
（6）大氣層閃電。
（7）中層大氣成分和動力學。
（8）熱層動力學。
（9）電離層結構、成分和動力學。
壽終正寢
據外媒報導，日前，歐洲航天署(ESA)宣布，已經為他們服務了8年的“金星快車(Venus Express)”最終還是迎來了它壽終正寢的一刻。“金星快車”於2006年4月進入金星軌道。其實，“金星快車”原定的太空任務時間根本沒有這么長，當時ESA只打算讓它執行為期2年的太空探測任務。
據了解，今年年初，由於“金星快車”火箭燃料不多，它很有可能會從原先的軌道上墜入金星大氣並最終燒毀。為了讓“金星快車”擺脫被燒毀的命運，ESA在6月18日到7月11日期間對其執行了一項名為氣阻減速(aerobaraking)的實驗技術。在科研人員的努力之下，“金星快車”進入新的橢圓軌道，逃過被燒毀的浩劫。不過在這個過程中，為了穩定飛船，工作人員不得不打開15個推進器。換言之，在這個過程中不得不額外消耗一些能源。ESA希望，未來某天氣阻減速能夠在不消耗一點燃料的情況下就能讓飛船進入行星軌道。
不過遺憾的是，雖然氣阻減速成功阻止了“金星快車”墜入金星大氣，但畢竟這只是一個臨時性的解決辦法。為了能將這艘飛船的任務壽命延長到明年，上個月23至30日，ESA又不得不對新的一套引擎執行點火。然而遺憾的是，這次的實驗並不成功，從11月28日起，ESA就失去了“金星快車”的信號。雖然後來ESA重新連上了該飛船的遙測和通訊信號，但它們都斷斷續續，顯然，ESA已無法操控這艘飛船。
ESA表示，他們也不清楚“金星快車”上存留燃料的具體數量。現在，這艘飛船已無法改變將變軌並最終墜向金星大氣的命運。
