卡西尼-惠更斯號

卡西尼-惠更斯號。兩具探測器由大力神四號B型運載火箭搭載，於1997年10月15日一同發射升空，並於2004年7月初抵達土星軌道，隨後在同年12月25日分離。卡西尼號自入軌後持續運作超過13年，直到2017年9月15日進入土星大氣層焚毀；惠更斯號則於2005年1月14日成功於土衛六的阿迪立地區著陸並傳回資料，是首具在外太陽系天體完成登陸的探測器。卡西尼-惠更斯號雖然是第四架前往土星的太空探測器，但卻是當中第一個環繞土星者。該計劃於1980年代開始。它的設計包括繞行土星的人造衛星。這兩艘太空船是以天文學家喬瓦尼·多梅尼科·卡西尼和克里斯蒂安·惠更斯的名字命名。太空船於1997年10月15日使用泰坦VB/半人馬發射升空，在2004年7月1日進入環繞土星的軌道。在前往的星際航行途中，曾兩度飛越金星，一次飛越地球與木星。在2004年12月25日，惠更斯號與卡西尼號分離，並在2005年1月14日降落在土衛六。它利用卡西尼號中繼，成功的將資料傳送回地球。這是有史以來第一次在外太陽系的天體上著陸。卡西尼號在抵達後就持續的研究土星系統，並兩度延展計畫直至2017年4月。 然而，因為太空船用於調整與校正軌道的燃料因消耗而不斷減少，在2016年11月30日決定進入專案的最後階段。卡西尼號將駛入土星環的內圈，每7天繞行土星一次。太空船將一點一點地深入這過去從未觸及的區域，以得到最接近土星環的外觀。在2016年12月4日，太空船首度透過土星環。卡西尼號已在2017年9月15日潛入土星大氣層中銷毀，並在結束前傳送回最後的影象。選擇這樣的處置方法，為的是避免汙染可能有生物存在的土衛。回顧.歐洲的16個國家和美國組成負責設計、製造、飛行和收集來自卡西尼號軌道器和惠更斯號探測器的資料。這項任務由美國國家航空航天局提供的電子元件，由NASA安裝。在2008年4月16日，NASA宣佈再投資兩年這項任務在地面所需的經費，同時更改任務名稱為卡西尼分點任務。名稱.這個任務包括兩個主要的元素：ASI/NASA的卡西尼號軌道器，是以發現土星環的卡西尼縫與四顆衛星的義大利-法國天文學家喬瓦尼·多梅尼科·卡西尼的名字命名；ESA發展的惠更斯號探測器是以發現土衛土衛六的荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯之名命名。這項任務在醞釀的期間，通常被稱為土星軌道土衛六探測器，就如同被籠統稱呼的任務。卡西尼-惠更斯號是前往外太陽系行星的旗艦任務。其它旗艦級的行星任務還有伽利略號、航海家號和維京人號 。目的.卡西尼號有幾個目標，包括：卡西尼-惠更斯號於1997年10月15日從卡納維爾角空軍基地的40號綜合發射臺，使用美國空軍的泰坦4VB/半人馬火箭發射。完整的發射是由兩節的泰坦4V助推火箭、兩個捆紮的固態火箭，半人馬火箭是上一節，和有效載荷的外殼或整流罩。這個科學探測任務的總經費約是美金32億6000萬，包括發射前發展所耗用的14億，以及7億400萬的任務操作，5400萬用於追蹤，還有4億2200萬用於發射的運載火箭。美國承擔了26億。卡西尼號的主要任務已經於2008年7月30日完成；但因資源尚足夠便延長至2010年6月。土星於2009年8月經過春分點，這段時間對土星做了詳細的研究。在2010年2月3日，宣佈卡西尼號的任務再度延長約6.5年，直到2017年9月。結束任務的時間是土星北半球的夏至，所以任務名稱為至點任務。延伸的任務讓卡西尼號多繞行土星155圈，並飛越土衛六54次、恩克拉多斯11次。在2017年，在與土衛六邂逅後，卡西尼號將改變它的軌道型態。它將在土星環最內側的D環之內，以距離土星雲層頂端3,000公里接近土星。這一連串的“近端軌道”最後將卡西尼號像探測土衛六的探測器一樣，進入土星的大氣層來結束任務。歷史.卡西尼-惠更斯號的起源可以追溯到1982年，當和美國美國國家科學院組成一個探討未來合作任務的之際，兩位歐洲的科學家建議土星軌道器和土衛六登陸器組合的聯合任務。在1983年，NASA的建議相同的軌道飛行器和探測器作為美國國家航空暨太空總署的核心任務。NASA和歐洲太空總署從1984年至1985年研究聯合執行潛在任務派遣的可行性。歐洲太空總署在1986年仍繼續自行研究，而美國太空人莎莉·萊德在1987年提出自身研究的報告：" "，也審查和核準了卡西尼任務。雖然萊德的報告是敘述NASA獨立派遣繞行土星的太空船和探測器，而在1988年NASA的太空科學和應用協會的理事長Len Fisk 帶回了NASA和ESA聯合派遣任務的想法。他寫信給在ESA的歐洲聯絡人，Roger Bonnet，強烈建議從當時的三項候選任務中選擇卡西尼任務，並承諾盡快讓NASA選擇同意與ESA合作執行。當時，NASA對歐洲和美國在太空計畫上的發展，因為歐洲有不同的看法，已經不像以前那樣的平等合作，而變得更為敏感。NASA參與卡西尼-惠更斯計畫的官方和顧問都試圖扭轉這種趨勢，強調他們渴望均勻分享由此任務所產生的任何科學成就和利益。這種與歐洲合作新趨勢的另外一部分原因是受到歐洲與蘇聯已經開始更密切的合作，這會使得ESA與NASA漸行漸遠，因而增加了NASA的競爭意識。合作不僅改善了兩個集團的太空計畫，也讓卡西尼-惠更斯號在美國國會削減預算之後仍然能夠執行。該計劃在1992年和1994年兩度遭到政治之火波及，但NASA成功說服美國國會停止該專案計畫是不明智的，在EAS已經將資金投入發展之後，因為受到挫折而傷害到執行太空探險計畫的承諾，可能影響到其他領域的對外關係。在1994年之後，雖然有關注其對環境影響的民間團體試圖透過抗議和訴訟破壞，但直到1997年發射之前，都未再受到政治幹擾而能順利進行。太空船設計.太空船原先計畫使用輔助的三軸穩定、擬前往火星軌道的 放射性同位素熱電機做為動力。卡西尼與太空船同時發展，但預算削減和專案的重審，迫使NASA終止CRAF的發展，而保留卡西尼；Mariner Mark II系列也被取消。包括軌道器和探測器，他是曾建造第二大的無人行星際太空船，也是最複雜的其中一艘。軌道器的質量為，探測器是。在發射時與運載火箭對接時攜帶著的推進劑，總重量達到。只有蘇聯發射的兩艘火衛一和火衛二太空船比它大。卡西尼太空船高，寬。由於它是以彈道前往土星，以及雄心勃勃的科學目的，使這艘太空船變得非常複雜。"卡西尼"有1,630件互聯的電子元件，以22,000 條導線連線，總長度達到的配線。控制電腦的CPU核心是有備份元件的MIL-STD-1750A 系統。主推進系統包括一個主火箭和1個備用的火箭引擎。每個引擎的推力是490牛頓，太空船整體的速度變化是每秒2,040米。卡西尼的電力是由32.7公斤的鈽-238提供，將從材料的放射性衰變熱能轉化成電能。在巡航期間，惠更斯的電力也由卡西尼提供；分離後則使用化學電池。直到2017年9月，卡西尼號持續的在繞行土星的軌道上運轉，與地球的距離在8.3至10.2天文單位之間變動著。無線電訊號從地球到太空船需要68至84分鐘的，反之亦然。因此，地面控制不能對於日常或突發的事件給予“即時”的指示。當衛星出現問題，即使接收的工程師們是立即回應，之間的傳遞時間也將超過兩個小時。儀器.為了能夠收集到儘可能多的科學資料，卡西尼-惠更斯號攜帶了18臺科學儀器，其中卡西尼號軌道器攜帶12臺，惠更斯號著陸器攜帶6臺。摘要.儀器：說明.卡西尼的儀器包括：合成孔徑雷達製圖、感光耦合元件成像系統、可見光/紅外對映光譜儀、複合紅外光譜儀、宇宙塵分析儀、無線電和電漿波實驗、電漿光譜儀、紫外成像光譜儀、磁層的成像儀器和離子/中性質譜儀。遙測資訊的通報天線和其它特別的發射機，也將用於觀測土星和土衛六的大氣層，和測量土星和它的衛星的重力場。鈽能源.由於土星與太陽的距離較遠，所以用太陽能電池陣列作為這艘太空船的動力行不通的。要產生足夠的能量，這種陣列將會太大也太重。取而代之的是卡西尼號探測器由三個放射性同位素熱電機。為了讓已經在飛行中的探測器獲得動量，卡西尼任務的彈道軌道包括幾次的重力助推部署：兩次低空飛掠金星，然後飛掠地球一次，再飛掠木星一次。可以想像最後一次飛掠地球時卡西尼號對人類構成的危險。不過這個部署是成功的，卡西尼號在1999年8月18日以的距離從地球上空掠過。幸好沒有任何故障導致卡西尼號與地球發生碰撞。NASA評估過最壞的碰撞情況， 但是這種情況發生的機會低於百萬分之一。遙測術.卡西尼號太空船可以用幾種不同格式的遙測術進行傳輸。遙測術子系統是最重要的子系統，因為沒有它就不可能有資料傳送回來。遙測術是在地面發展的，而由於太空船使用比之前更現代化的整套電腦。因此，"卡西尼"是第一艘採取迷你包來降低遙測辭典的複雜性，這是任務管理團隊的軟體發展過程導致的創作。目前約有1088個通道不在任務正常的狀態下使用。其餘的947個測量是在61個迷你包完成。共七個遙測地圖對應 7 AACS 遙測方式被建造。這些模組是校準。這七組遙測地圖涵蓋了所有太空船的遙測方式。惠更斯探測器.惠更斯號探測器是由歐洲太空總署提供的，並由發現土衛六的17世紀荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯之名命名。它於2005年1月15日降落在土衛六的表面，並仔細觀察土衛六的雲、大氣層和表面。它被設計成無人的全自動檢測機器人實驗室，進入土衛六的大氣層，並且利用大氣層剎車，以降落傘降落到表面。探測器的系統包含探頭系統本身，降落至土衛六的表面；探針支援裝置仍然附著在軌道上的太空船。PSE包括追蹤探測器的電子儀器，收集降落時獲得的資料，並處理和傳遞資料給軌道器，再傳送回地球。控制系統的核心電腦CPU是冗餘的MIL-STD-1750A。選擇的事件和發現.發射.1997年10月15日，卡西尼-惠更斯號從卡納維拉爾角航天基地第40號發射臺成功發射升空。固體火箭發動機在起飛時開始點火，直到第143秒才停止，當時高度是68,300米。第一級火箭在升空第131秒開始點火，當時高度是58,500米。卡西尼-惠更斯號升空後第323秒，第一級火箭分離，第二級火箭點火，當時高度是167,300米。卡西尼-惠更斯號升空後207秒內，覆蓋物保護卡西尼-惠更斯號以免暴露在陽光直射下。飛掠金星、小行星與木星.卡西尼-惠更斯號分別於1998年4月26日與1999年6月4日接近金星，進行兩次重力助推調整，確保探測器有足夠的動能可以抵達小行星主帶。之後卡西尼-惠更斯號受到太陽牽引，1999年8月18日，探測器近距離透過地球進行重力助推調整，距離月球只有377,000公里。2000年1月23日，卡西尼-惠更斯號接近小行星2685，並進行一系列觀測。卡西尼-惠更斯號距離該小行星1,600,000公里，並估計其直徑為15－20公里。2000年12月30日，卡西尼-惠更斯號與木星距離最近，並進行一系列觀測，總共拍攝26,000張木星影像。這些照片是當時最清晰的木星影像, 解析度可達60公里。2003年3月6日，科學家發布卡西尼-惠更斯號這次接近木星的一些主要發現。2003年10月10日，卡西尼-惠更斯號科學家團隊宣佈愛因斯坦相對論的實驗結果顯示相對論與實際觀測互相吻合。2004年6月11日, 卡西尼-惠更斯號飛掠土衛九，也是旅行者2號之後最接近該衛星的一次。這也是卡西尼-惠更斯號唯一一次近距離飛掠土衛九。到達土星.2004年7月1日，卡西尼-惠更斯號透過F環與G環之間抵達繞行土星軌道，成為首艘繞行土星的探測器，展開四年的探測任務。卡西尼號將會到達距離土星最近位置，距離土星上層大氣只有20,000公里，這個距離不足土星半徑的三分之一。2004年7月1日，卡西尼-惠更斯號啟動主發動機減速，使飛船被土星引力俘獲進入軌道。卡西尼號預計將完成74圈公轉，44次近距離掠過 土衛六，以及多次掠過土星其它冰衛星。2004年7月2日， 卡西尼-惠更斯號首次近距離接近土衛六，距離該衛星339,000公里，並獲得有史以來最清楚的土衛六照片。2004年12月25日，惠更斯號脫離母船卡西尼號，飛向土衛六。2005年1月14日，惠更斯號在降落土衛六過程中拍攝土衞六照片，並測量風速及壓力，分析大氣層氣體，並將資料會傳回卡西尼號軌道器。惠更斯號最終降落在上都地區 ，並拍攝人類歷史上第一張土衛六表面照片，惠更斯號在土衛六上運作90分鐘。2005年，卡西尼-惠更斯號首次近距離觀測土衛二，成像科學子系統拍攝到土衛二冰晶噴射活動。於是土衛二成為太陽系第四顆被證實存在火山活動的天體，其餘三顆分別是地球、海衛一和木衛一。2006年7月21日，科學家從雷達照片中發現土衛六北半球存在碳氫化合物湖泊，也是科學家首次在地球以外的星球發現湖泊。這座湖泊直徑估計為100公里。2007年3月13日，噴氣推進實驗室宣佈土衛六北半球存在碳氫化合物海洋，其中至少有一個比北美洲五大湖還大。2006年11月10日，美國宇航局宣佈，卡西尼上的高畫質晰度照相機記錄下了土星南極發生的帶眼風暴，這是人類首次在地球以外的行星上觀測到這種現象。風暴順時針方向的風速達到了每小時550公里。2007年3月13日，美國宇航局卡西尼專案小組報告說，卡西尼飛船上幾部觀測儀器拍攝發回的土衛六影象都顯示，土衛六北緯高緯度地區存在海洋。7月20日，美國宇航局說，卡西尼飛船發現了土星的一顆新衛星。這使得土星的衛星數目達到60個。2013年7月19日，卡西尼號在距離地球約15億公里由高畫質晰度照相機拍攝了由。2008年3月12日，卡西尼-惠更斯號僅僅以50公里的距離飛掠土衛二，發現羽狀物中含有更多的化學物質，包括複雜的碳氫化合物。這項發現提高土衛二存在生命的可能性。2009年11月21日，卡西尼-惠更斯號第八次飛掠土衛二。2008年4月15日，卡西尼-惠更斯號確定展開兩年延伸任務，將繞行土星60次、21次近距離探測土衛六、7次近距離探測土衛二、6次近距離探測土衛一、8次近距離探測土衛三及分別接近土衛四、土衛五與土衛十二各一次。這次延伸任務於2008年7月1日展開。第二次延伸任務於2010年10月2日展開並一直持續，卡西尼號預計將繞行土星155次、54次近距離探測土衛六、11次近距離探測土衛二。卡西尼號預計於2017年進入土星大氣層，結束所有任務。2012年10月25日，卡西尼-惠更斯號觀測到土星出現大白斑，這種現象約30年出現一次。2012年12月21日，卡西尼-惠更斯號觀測到金星凌日。2013年7月19日，卡西尼號使用高畫質晰度照相機拍攝土星迴望地球與月球照片，美國國家航空暨太空總署於拍攝照片前事先告知社會大眾，也是人類歷史上的首例。科學家認為想要人們朝向天空揮手，科學家卡洛琳·波爾科認為這次拍攝是慶祝居住在暗淡藍點上的生命。2014年4月3日，美國國家航空暨太空總署科學家宣佈土衛二南極地底存在液態水海洋，土衛二成為太陽繫有可能存在生物的星球之一。2017年4月，美國太空總署宣佈卡西尼號，最後任務是進入土星與土星環之間區域，探索土星環「年齡」及起源。為了避免卡西尼號可能附有地球微生物，汙染土星衛星，即使完成使命，卡西尼號亦會於同年9月15日墜落土星，自我銷毀。發現新衛星.卡西尼號總共發現7顆繞行土星的新衛星。使用卡西尼號在2004年拍攝的影像，研究人員發現Methone、Pallene和Polydeuces。然而，稍後的分析發現航海家2號在1981年飛越土星時就拍到了Pallene。2005年5月1日，卡西尼號在基勒環縫中發現Daphnis，暫定的名稱是。在2014年4月14日，NASA的科學家報告可能有一顆新衛星在土星的A環內開始形成。軌道.為了順利抵達土星，卡西尼-惠更斯號太空探測器曾多次進行重力助推，曾兩次飛掠透過金星，之後再一次飛掠透過地球，並飛掠透過木星，並最終到達土星。紀念.2017年4月26日，Google首頁展示了以卡西尼-惠更斯號為主題的Google塗鴉，以紀念卡西尼號探測器穿越土星與土星環內緣。相關連結.