深空探測史上的不朽豐碑

□ 楊宇光

深空探測史上的不朽豐碑

□ 楊宇光

為了避免污染有可能存在原始生命的土衛二或土衛六，美國決定讓即將耗盡推進劑的卡西尼號探測器在2017年9月15日主動隕落在土星上，為這次偉大的探測任務畫上一個圓滿的句號。

卡西尼號是繼先驅者十一號、旅行者二號和旅行者一號之后，第四個造訪土星系統的深空探測器。與它的前任不同，它不是在飛越這顆巨大行星的過程中進行短暫的觀察，而是實實在在地進入環繞土星運行的軌道。由于從飛越一個大天體的軌道到進入環繞軌道需要消耗大量的推進劑，因此，卡西尼號的技術挑戰性、工程規模和技術難度都是非常巨大的，名副其實地成為美國深空探測的“旗艦”項目。這一殊榮只有曾經創造輝煌歷史的海盜號火星著陸器、旅行者號深空探測器、伽利略號木星探測器、錢德拉X射線天文臺、好奇號火星車等項目獲得過。

卡西尼號任務不僅規模宏大，其安全性問題也廣受關注。因為需要在土星軌道上工作十年甚至更長的時間，而在土星附近，太陽光已經變得非常微弱，因此卡西尼號也采用了其他飛往外太陽系的探測器常用的放射性同位素熱電源，但因為功耗需求巨大，因此創紀錄地使用了32.7公斤钚238同位素。如此巨量的危險放射源還從未在美國的探測器上使用過。好在1997年10月15日，探測器由大力神4型火箭順利發射升空，讓所有人都松了一口氣。即便如此，1999年8月18日，卡西尼號經過2次借助金星引力加速后，又飛到地球上空1171公里利用地球引力加速，美國宇航局還專門分析了如果卡西尼號不幸撞到地球上會造成的致命影響。

2004年7月1日，卡西尼號終于抵達土星。為了確保科學探測儀器不被土星環中細微的顆粒損壞，卡西尼號臨時調轉了方向，隨后利用發動機進行減速，將其速度降低了622m/s，從飛越土星的軌道變軌的環繞軌道，開始了人類迄今為止最遙遠的環繞探測任務。

在超過13年環繞土星飛行的歷程中，卡西尼號發現了土星的7顆小衛星，多次飛越土衛二、土衛六等人類比較關注的土星的大衛星，不僅利用多種科學探測儀器對土星本身和土星的衛星進行觀察，甚至還利用太陽位于探測器和地球之間的機會，通過無線電波驗證了愛因斯坦的廣義相對論，獲得了比以往精確度更高的數據來支持廣義相對論的有效性。卡西尼號的觀察表明，擁有豐富水資源的土衛二是太陽系中最有可能存在微生物形式生命的星球之一。通過雷達穿透土衛六濃密的云層，使我們有機會觀察到土衛六上甲烷和其他烴類物質構成的海洋和湖泊。

作為卡西尼號最重要的子任務，由歐空局/意大利宇航局研制的惠更斯號著陸器利用降落傘在土衛六上成功著陸，并利用卡西尼號作為中繼回傳了多達350幅圖像。這個重達320公斤的探測器是人類迄今在其他天體著陸最為遙遠的探測器，回傳的圖像和數據為人類了解這個土星最大的衛星提供了海量的信息。

卡西尼-惠更斯任務可以說是國際合作的一個典范。歐空局和意大利宇航局不但提供了惠更斯號著陸器，也為卡西尼號探測器本身提供了高增益通信天線及多種重要的雷達載荷和光學載荷。這說明多國合作是實現這類規模宏大的深空探索任務有效的途徑。

實際上，卡西尼號本身及其科學探測儀器在理論上還可以繼續工作，但由于推進劑即將耗盡，失去變軌能力后的卡西尼號將無法確保不與土衛二等衛星相撞。由于人類已經知道很多地球上的微生物可以在太空環境中存活多年，因此無法確保這些微生物不會“污染”土衛二的環境，美國宇航局就是基于這樣的考慮將卡西尼號隕落在土星上。但在這一過程中，通過借助土衛六的引力降低卡西尼號的軌道，也帶來了在更近距離上觀察土星環和土星表面的機會，使得這個已經取得輝煌成就的探測器能夠最大限度地發揮余熱。所有這些，都是在人類深空探索歷史上留下的不朽豐碑。★