“金星”4号：首个撞击金星的探测器

□ 思飞

“金星”4号：首个撞击金星的探测器

□ 思飞

“金星”4号探测器

今年6月12日是苏联发射“金星”4号探测器50周年纪念日。在太空探索的历史上，“金星”4号是人类首次成功地实现既对金星大气进行探测又坠毁在金星表面的航天器，因而值得纪念。

金星伴月

“金星”1号探测器

天空中最亮的星星

金星是处于水星和地球之间的一颗行星，被看作是地球的孪生星球。自古以来人们通常把它称作太白金星或太白星。除了太阳和月球以外，它是人的肉眼能够看到的最为明亮的天体。由于金星被浓密的大气层所包围，所以给地面上的天文观测带来很多困难，极不容易看清它的真实面目。正缘于此，在人类进入空间时代以后，发射航天器探测金星就成为顺理成章的事情了。

在太阳系八大行星中，除地球之外第一个被航天探测的就是金星。1962年8月27日美国发射的质量为202.8千克的“水手”2号探测器，带了6台科学仪器，于同年12月14日从距离金星34809千米处飞过，对金星气温做了测量，拍摄了红外及微波波段的图像，拉开了人类探测金星的序幕。之后，“水手”2号开始进入环绕太阳的日心轨道运行。1963年1月3日7点是地面最后一次接收到它发回信号的时间。根据其发回的数据，科学家们估计金星上覆盖着厚达60千米的二氧化碳大气层，金星表面温度大概在425℃。整体而言，“水手”2号此行之任务算是极为成功的。尽管如此，它仍不如“金星”4号那样较近地探测了金星并摔碎在金星表面价值更大。“金星”4号还是第2个成功探测了金星的航天器。

从距离大小来说，金星是最靠近地球的行星。两者围绕太阳运动处于最近位置时仅仅相差0.277个天文单位，即0.414亿千米。从个儿大小来讲，金星也最像地球，是个典型的类地行星。它的半径为6053千米，略小于地球；它的平均密度为每立方厘米5.25克，整个质量是地球质量的81.5%；它周围也有大气和云层，与地球十分相像。与地球不同的是，金星没有天然卫星。

金星与太阳系其他七大行星不同，其自转方向与公转方向是相反的。它一方面在距离太阳1.08亿千米的圆形轨道上直着身子自西向东进行公转，平均速度为每秒35千米，运行一周仅需224个地球日，一方面又以垂直于公转轨道面的自转轴为中心缓慢地自东向西进行自转，自转一周却需243.2个地球日。两者合成的结果，使金星上一昼夜正好为116.8个地球日。不难想见，在金星上看到的太阳是西升东落的。人们常用“日从西出”来讽喻根本无法实现的奢望，但在金星上这却是天经地义的。

探测金星的航天器

1961―1983年，苏联共向金星发射了21个探测器，其中包括从“金星”1号到“金星”16号的16个航天器，计有13个获得成功，3个失败。它们中有的是在金星上硬着陆，即落地时撞坏，主要是在降落过程中对金星大气层参数进行测量；有的是在金星上软着陆，靠减速装置安全降落在金星表面后进行实地探测或取样分析；有的是成为金星的人造卫星，通过雷达等科学仪器对金星表面进行连续综合考察。其探测获得的数据资料都用无线电信号发回了地球。还有其他名称的5个航天器，均告失败。1984年，苏联又发射了两个“金星-哈雷”探测器。它们到达金星轨道分别释放登陆舱到金星表面进行探测后，又利用金星引力变轨去探测哈雷彗星。

苏联于1961年2月12日用“闪电”号运载火箭发射“金星”1号后，探测器于5月下旬飞掠金星，距离约10万千米，电波中断，随后便进入环绕太阳的日心轨道。“金星”2和3号分别于1965年11月12日和16日发射，2号于1966年2月27日在距离金星24000千米处飞过，但通讯系统早已损毁，没有任何科学数据传回地球，最终进入日心轨道。3号于1966年3月1日在金星表面硬着陆，偏离预计着陆点约450千米，但通讯系统未能传回任何信息。苏联在总结经验教训的基础上，才成功地发射了“金星”4号，使其成为航天史上较早实现到达另一个行星的深空探测器。

①美国“麦哲伦”号金星探测器

②“麦哲伦”号探测器拍摄的金星全景雷达图像

③美国“水手”2号探测器

④“水手”10号探测器1974年拍摄的金星照片，显示金星被浓厚的云层包围

“金星”4号探金星

“金星”4号探测器由前端的登陆舱和后面的轨道舱两大部件组成，高3.5米、重1.106吨。在探测器上装有自动遥测装置、太阳能电池板、天体定向传感器、抛物面天线、发射天线定向器、多普勒测高天线、防热层、内防热层、吸热材料、仪器支架、蓄电池、控制电子设备和传热器等。太阳能电池板可以延伸至4米宽，面积有2.5平方米。轨道舱又称金星胶囊运载器，携带了磁力计、宇宙射线探测计、氢气与氧气检测器、带电粒子陷阱等科学仪器。新一代的登陆舱又称金星胶囊，直径1米，重383千克，外表包着一层很厚的使用了新材料的耐高温壳体，可以承受11000℃的高温，比任何早于“金星”4号发射的探测器都还要高。由于当时对金星的了解甚少，所以登陆舱仅被加压到25个大气压。它携有包裹的降落伞和一些探测设备。鉴于降落伞打开工作后，要经历金星浓密大气层，故而被设计为可以耐450℃的高温。另外也考虑到可能最终漂浮在水面上的情况，所以登陆舱胶囊的锁使用了糖作为原料。

1967年6月12日“金星”4号发射升空后，顺利地飞越了3.5亿千米，于同年10月18日经自身携带的液体燃料火箭适时减速抵达金星轨道，环绕金星运行，又利用金星大气的阻力降低高度，然后向金星释放了登陆舱。轨道舱末端的液体燃料火箭，可以在舱段运行过程中对其轨道做出修正。登陆舱被投放后，它本身又释放了两枚温度计、一个气压表、无线电高度计、大气密度计以及11台气体分析仪，并透过DM波来操作两台无线电发射器。

登陆舱进入金星稠密大气层后展开降落伞，在降落伞的作用下缓慢下落，并用仪器探测气体的状态和成分。它在穿过大气层的94分钟内，将探测数据及时不断地发送给轨道舱，再由后者转发回地球，地面测控站才收到了金星大气温度、压力和组成成分的测量数据资料，并传送给飞行控制中心。这是人类继“水手”2号之后又获得的一批对金星气体进行的实地考察资料。在登陆舱距离金星表面24.96千米时，信号停止发射，估计是它被金星的高气压压扁而损毁，无法工作了。“金星”4号登陆舱虽未能实现安全着陆即摔伤在金星表面，但却获得了宝贵的探测数据，并经轨道舱发回地球，使人类对金星有了更新的认识，其功勋卓著。鉴于其距离金星表面不到25千米才停止工作，故而也有资料说：登陆舱对金星大气参数做了测量，然后硬着陆于金星表面。

根据“金星”4号的探测结果表明，金星大气的组成主要是二氧化碳、几个百分点的氮气以及不到百分之一的氧气；另外，外层大气含很少的氢气且没有氧气；金星仅拥有微弱磁场而且没有辐射带，最重要的是金星表面温度极高，大气层既厚重又浓密。简而言之，根据“金星”4号的探测，金星表面异常灼热，大气主要成分是二氧化碳，金星没有磁场和辐射带。这就是它探测金星取得的主要科学成就。不言而喻，“金星”4号成功探测金星，对苏联发射多个航天器探测金星起到了承前启后的作用。

欧空局“金星快车”探测器

日本“黎明”号金星探测器

对金星的探测还在继续

在苏联发射金星探测器的同时，美国也于1962―1989年共向金星发射了7个探测器，有6个获得成功。它们中有的是从金星旁边飞掠而过，对金星大气作了测量或摄像；有的成为金星的人造卫星，对其大气进行观测，并用雷达测绘了金星表面地形图；有的释放探测器着陆金星表面开展工作。第7个“麦哲伦”号探测器，直至最后进入金星浓密大气层烧毁，累计共绕金星飞行15018圈，开展探测工作4年2个月零2天，对金星99%的地貌全景进行了测绘。就传回地球的数据而言，它比以前所有探测器的综合还要多。欧空局和日本分别于2005年11月9日和2010年5月21日发射了名为“金星快车”和“黎明”号的金星探测器。

自20世纪60年代以来，苏联、美国、欧空局和日本已向金星共发射了32个航天器，其中23个成功，9个失败。加上各种路过的探测器总数已超过40个。成功者都对金星进行了探测，并获得了大量数据资料，推动了科学家们对金星的研究工作，看到了金星的大体面目，主要是认识了金星的温室效应、奇特大气、地质地貌等情况。

科学家们认为，通过对金星的研究，可弄清金星进化过程，这对预测地球的未来发展和演变具有重要的意义。