深空探测史上的不朽丰碑

□ 杨宇光

深空探测史上的不朽丰碑

□ 杨宇光

为了避免污染有可能存在原始生命的土卫二或土卫六，美国决定让即将耗尽推进剂的卡西尼号探测器在2017年9月15日主动陨落在土星上，为这次伟大的探测任务画上一个圆满的句号。

卡西尼号是继先驱者十一号、旅行者二号和旅行者一号之后，第四个造访土星系统的深空探测器。与它的前任不同，它不是在飞越这颗巨大行星的过程中进行短暂的观察，而是实实在在地进入环绕土星运行的轨道。由于从飞越一个大天体的轨道到进入环绕轨道需要消耗大量的推进剂，因此，卡西尼号的技术挑战性、工程规模和技术难度都是非常巨大的，名副其实地成为美国深空探测的“旗舰”项目。这一殊荣只有曾经创造辉煌历史的海盗号火星着陆器、旅行者号深空探测器、伽利略号木星探测器、钱德拉X射线天文台、好奇号火星车等项目获得过。

卡西尼号任务不仅规模宏大，其安全性问题也广受关注。因为需要在土星轨道上工作十年甚至更长的时间，而在土星附近，太阳光已经变得非常微弱，因此卡西尼号也采用了其他飞往外太阳系的探测器常用的放射性同位素热电源，但因为功耗需求巨大，因此创纪录地使用了32.7公斤钚238同位素。如此巨量的危险放射源还从未在美国的探测器上使用过。好在1997年10月15日，探测器由大力神4型火箭顺利发射升空，让所有人都松了一口气。即便如此，1999年8月18日，卡西尼号经过2次借助金星引力加速后，又飞到地球上空1171公里利用地球引力加速，美国宇航局还专门分析了如果卡西尼号不幸撞到地球上会造成的致命影响。

2004年7月1日，卡西尼号终于抵达土星。为了确保科学探测仪器不被土星环中细微的颗粒损坏，卡西尼号临时调转了方向，随后利用发动机进行减速，将其速度降低了622m/s，从飞越土星的轨道变轨的环绕轨道，开始了人类迄今为止最遥远的环绕探测任务。

在超过13年环绕土星飞行的历程中，卡西尼号发现了土星的7颗小卫星，多次飞越土卫二、土卫六等人类比较关注的土星的大卫星，不仅利用多种科学探测仪器对土星本身和土星的卫星进行观察，甚至还利用太阳位于探测器和地球之间的机会，通过无线电波验证了爱因斯坦的广义相对论，获得了比以往精确度更高的数据来支持广义相对论的有效性。卡西尼号的观察表明，拥有丰富水资源的土卫二是太阳系中最有可能存在微生物形式生命的星球之一。通过雷达穿透土卫六浓密的云层，使我们有机会观察到土卫六上甲烷和其他烃类物质构成的海洋和湖泊。

作为卡西尼号最重要的子任务，由欧空局/意大利宇航局研制的惠更斯号着陆器利用降落伞在土卫六上成功着陆，并利用卡西尼号作为中继回传了多达350幅图像。这个重达320公斤的探测器是人类迄今在其他天体着陆最为遥远的探测器，回传的图像和数据为人类了解这个土星最大的卫星提供了海量的信息。

卡西尼-惠更斯任务可以说是国际合作的一个典范。欧空局和意大利宇航局不但提供了惠更斯号着陆器，也为卡西尼号探测器本身提供了高增益通信天线及多种重要的雷达载荷和光学载荷。这说明多国合作是实现这类规模宏大的深空探索任务有效的途径。

实际上，卡西尼号本身及其科学探测仪器在理论上还可以继续工作，但由于推进剂即将耗尽，失去变轨能力后的卡西尼号将无法确保不与土卫二等卫星相撞。由于人类已经知道很多地球上的微生物可以在太空环境中存活多年，因此无法确保这些微生物不会“污染”土卫二的环境，美国宇航局就是基于这样的考虑将卡西尼号陨落在土星上。但在这一过程中，通过借助土卫六的引力降低卡西尼号的轨道，也带来了在更近距离上观察土星环和土星表面的机会，使得这个已经取得辉煌成就的探测器能够最大限度地发挥余热。所有这些，都是在人类深空探索历史上留下的不朽丰碑。★