图解深空探测史

文/叶楠

金星探测（上）

金星是太阳系八大行星中距离太阳第二近的大行星，也是公转轨道距离地球最近的一颗。它的质量、体积均与地球相仿，所以经常被称为地球的姊妹星。上世纪60年代初，苏美两国在太阳系探测领域的竞争并不仅仅局限于月球，还同时将目光瞄向了金星。迄今为止的半个多世纪里，只有苏联、美国、欧空局和日本的探测器发向金星。

金星1号：首次飞掠金星

1961年2月12日，苏联闪电号运载火箭搭载着金星1号探测器从拜科努尔发射场升空。经过10天的飞行，“金星1号”已经距离地球320万公里，但此时却失去了它的讯号。据推测，1961年5月19日至20日期间，“金星1号”在距离金星10万公里处飞掠而过，但无法得到它的探测结果，之后成为了一颗绕日公转的人造卫星。

尽管“金星1号”此次探测金星未果，但在天文学领域还是有些重要发现，如在距离地球190万公里处对太阳风和宇宙线的探测，证实这种等离子体均匀地分布在地球附近空间中。

水手2号：传回金星的数据

美国的水手1号金星探测器于1962年7月22日发射，但起飞后294.5秒，因制导系统故障，不得不自毁。

一个月后的8月27日，美国第二个金星探测器水手2号，搭乘宇宙神-爱琴娜火箭发射升空。它携带了微波辐射计、磁力计、宇宙线探测器等科学仪器。12月14日，历经108天、2亿9千万公里的长途飞行之后，“水手2号”从距金星34000公里处飞掠而过，并拍摄了金星的红外及微波波段图像。天文学家根据数据分析出金星表面覆盖着厚达60公里的二氧化碳大气层，由此带来的温室效应使得金星表面的温度高达500℃。

金星3号：首次着陆金星

1965年11月16日，苏联的金星3号探测器（左图）发射升空，发射质量960千克，包括空间飞行器和着陆器两部分，安装了磁力计、宇宙线探测器、太阳风探测器等科学仪器，还携带了一枚印有苏联国徽及此次任务标志的硬币（右图）。经过3个半月的飞行，1966年3月1日，“金星3号”重达377千克的着陆器通过降落伞登陆金星表面，成为第一个抵达其他大行星表面的人造物体。遗憾的是其携带的通讯系统在2月16日就已经出现故障无法使用，所以未能传回此次“亲密接触”的信息。

金星4号：首次传回金星大气信息

苏联金星4号探测器重达1106千克，携带的科研仪器包括三轴磁强计、宇宙线检测器、离子探测器、光谱仪等。着陆器直径1米、重383千克，配置了6台科学仪器，主降落伞面积达到55平方米，能够承受450℃的高温。“金星4号”于1967年6月12日发射，10月18日进入金星大气层，距离金星表面26公里时开始采集数据，一共向地球传输了94分钟的数据。结果显示，在此过程中金星大气温度从25℃上升到270℃、大气压力从50千帕上升到1800千帕，高于着陆器所能承受的最大压力，因此着陆器未能登陆金星。根据“金星4号”采集的两份气体样品研究显示，金星大气主要由二氧化碳构成。图为金星4号纪念币。

水手5号：竞争与合作

“金星4号”发射后不到两天，美国于1967年6月14日发射了水手5号金星探测器，仅比“金星4号”晚一天抵达金星附近。“水手5号”以飞掠的方式对金星进行探测，最近距离只有4000公里。通过测量得到金星的质量为地球的81.5%，磁场强度上限为地球的0.2%，另外，还在金星附近发现太阳风弓形激波。

1968年3月，美国和苏联的天文学家聚集在美国基特峰天文台，召开第二届行星大气会议，共享了研究成果，并在会上达成共识：尚没有探测器成功探测到金星表面数据，也没有成功测量出金星的半径。

金星7号：首次测出金星表面环境数据

“金星4号”的成功大大鼓舞了苏联航天人的士气，在对设备仪器进行了改进后，1969年连续成功发射了“金星5号”和“金星6号”，对金星大气的气压、温度，以及金星磁场等进行了更精确的测量。

1970年8月17日，加强了抗热及抗压能力的金星7号探测器升空。12月15日，“金星7号”以每秒11.5公里的速度进入金星大气，着陆器减速时的过载达到350g，防热罩承受温度达到11000℃。在距离金星表面60公里时，速度降低到每秒200米，此时降落伞打开，探测设备开始采集数据。但在距离金星表面20公里高度时，降落伞开始熔化，进入过程持续35分钟后探测器突然静默，短于最初设计的60分钟。之后经过2个月的遥测分析，证实探测器在撞击金星表面后又发射了22分58秒的信号。根据数据分析，金星表面温度为475℃，大气压力为9至10.5兆帕。这是人类首次得到金星表面环境的直接测量数据。图为“金星7号”的着陆器。

金星9号：第一张金星表面照片

1975年6月8日，苏联用质子号火箭发射了金星9号探测器。探测器高6.7米、重约5000千克，直径1米的球形着陆器安置在顶部直径为2.4米的球形舱内。10月22日，“金星9号”进入金星轨道，成为金星的第一颗人造卫星，同一天，着陆器进入金星大气层，经过75分钟的下降，成功降落在北纬31.01°、东经291.64°地区。着陆器携带有两台相机，传回了第一张金星表面照片，但有一台相机盖未能成功打开，原计划360°的全景照片只能传回一半（180°）。图为“金星9号”拍摄的金星表面。

金星11号与金星12号：金星上闪电频发

苏联金星11、12号探测器分别于1978年9月9日和14日用质子号火箭发射升空。两个探测器均重4940千克，装有相同的科学仪器，包括伽玛射线光谱仪、紫外光栅单色仪、电子和质子光谱仪、伽玛射线爆发探测器，此外，还安装了太阳风离子探测器和两个频率变送器，用来研究太阳风的成分、伽玛射线爆发、紫外线辐射以及金星电离层的电子密度。

金星11、12号的着陆舱分别于1978年12月21日和25日在金星表面软着陆，并且分别工作了110分钟。特别是“金星12号”，在下降的过程中，探测到金星上空闪电频发，仅在距离表面11公里下降到5公里的过程中就录到1000次闪电，有一次闪电竟然持续了15分钟！

先驱者金星计划：美国的金星探测

1978年的金星探测窗口，美国和苏联各进行了两次发射。美国的先驱者金星计划包括两个金星探测器：先驱者金星1号、2号（也称先驱者12号、13号）。

先驱者金星1号（左图）是一个环绕金星飞行的探测器，于1978年5月20日发射升空，12月4日进入金星环绕轨道，拍摄了金星的紫外图像（右图）。“先驱者金星1号”在轨时间长达14年，直至1992年10月8日推进剂耗尽，于10月22日坠入金星大气层。

“先驱者金星2号”发射于1978年8月8日，它所执行的是金星大气进入任务，共携带了一大三小共四台探测器。12月9日，“先驱者金星2号”进入金星大气层，此次任务旨在大气层降落阶段收集数据，并没有携带照相设备，也没有设计软着陆设施，尽管如此，竟然还有一台探测器在着陆后“存活”并传回数据。

金星15号与金星16号：首次金星高分辨率雷达测绘

苏联的金星探测计划从1961年持续到1983年，早期发射成功率并不高，但从1975年金星9号之后，直到最后的金星16号全部发射成功。

“金星15号”于1983年6月2日发射，10月10日抵达金星轨道。“金星16号”于1983年6月7日发射，10月11日抵达金星轨道，只比“金星15号”晚了一天。两个探测器都以极地轨道绕金星公转，轨道倾角92.5°，轨道周期24小时，近金点高度约1000公里，位于北纬62°区域。金星15号和16号在轨时间接近9个月，对金星北纬30°以北区域进行了高精度的雷达测绘（如图），约占金星表面积的25%。

维加计划：从金星到哈雷彗星

维加计划是苏联在上世纪80年代中期实施的对金星和哈雷彗星的探测任务，包括维加1号和2号两个探测器。这项计划的名称“维加（Vega）”来自于俄语中金星（Venera）和哈雷（Gallei），因此也被称为金星-哈雷计划。

维加1号和2号分别发射于1984年12月15日和20日，并分别于1985年6月11日和15日抵达金星。两个探测器分别释放了着陆器和探测气球。“维加1号”的着陆器在距离金星表面20公里处由于金星强风的影响意外启动，除了质谱仪之外没有接收到其他仪器发回的信号。维加2号着陆器成功着陆在南纬7.14°、东经177.67°，位于金星阿芙洛狄忒台地，测量发现这里表面的大气压强为是地球表面标准大气压的91倍，温度为463℃。