卡西尼-惠更斯号

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暨太空總署（NASA）設在美國的噴射推進實驗室負責管理，卡西尼號軌道器也在此製造。惠更斯號由歐洲空間研究與技術中心（ESTEC）開發，主要的承包商是法國的法國宇航（現在的泰雷茲阿萊尼亞宇航公司），並匯集的許多歐洲國家提供的設備和儀器（惠更斯號的電池和兩件儀器是由美國製造）。義大利太空總署（ASI）提供卡西尼號的高增益雷達天線，與並網的低增益天線（確保在任務期間與地球的通訊），還有一個也使用高增益天線的緊緻輕量雷達，並且擔當合成孔徑雷達、雷達高度計、輻射計、無線電科學子系統（RSS）、VIMS光譜儀的可見光通道（VIMS-V）。VIMS紅外線對應的部分由NASA提供，還有主要的電子裝配，也包括法國的法國國家太空研究中心（CNES）提供的電子元件，由NASA安裝。
在2008年4月16日，NASA宣布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（Cassini Equinox Mission）。在2010年2月，任務再度被延長，並再改稱為卡西尼至點任務（Cassini Solstice Mission）。

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-法國天文學家喬凡尼·多美尼科·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泰坦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泰坦探測器（SOTP，Saturn Orbiter Titan Probe），就如同被籠統稱呼的Mariner Mark II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 。

歷史

卡西尼-惠更斯號的起源可以追溯到1982年，當歐洲科學基金會和美國美國國家科學院組成一個探討未來合作任務的工作組之際，兩位歐洲的科學家建議土星軌道器和泰坦登陸器組合的聯合任務。在1983年，NASA的太陽系探索委員會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（ESA）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：NASA Leadership and America's Future in Space ，也審查和核准了卡西尼任務。
雖然萊德的報告是敘述NASA獨立派遣繞行土星的太空飛行器和探測器，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通過抗議和訴訟破壞，但直到1997年發射之前，都未再受到政治干擾而能順利進行。

儀器

為了能夠收集到儘可能多的科學數據，卡西尼-惠更斯號攜帶了18台科學儀器，其中卡西尼號軌道器攜帶12台，惠更斯號著陸器攜帶6台。

鈽能源

由於土星與太陽的距離較遠，使得以太陽能電池陣列作為這艘太空飛行器的動力來源是行不通的。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（RTGs，radioisotope thermoelectric generators）供應能量。這是使用大約33公斤（73磅）的鈽-238（以二氧化鈽的形式）以自然衰變的熱通過熱電發電產生直流電。卡西尼任務所使用的能源裝置與使用在新視野號、伽利略號、和尤利西斯號探測器的設計都完全一樣，它們都有很長時間的運轉壽命。在卡西尼完成11年的任務時，它們仍然能夠產生600至700瓦的電力（為卡西尼準備的備用RTGs之一被用在稍後推出的新視野號任務，設計和發射前往探測冥王星和古柏帶）。
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。最後一次飛掠地球時，可以想像卡西尼號對人類構成的危險。這個部署是成功的，卡西尼號在1999年8月18日以1,171 km（728 mi）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以最壞的碰撞情況（使卡西尼號會燃燒的銳角重返大氣層）研究對整體環境影響的評估：RTGs內的 33公斤鈽-238，只要有可以察覺的一部分散布進入地球的大氣層，50億人（當時地球上的總人數）當中，因罹癌而死亡的人數可能會增加5,000人（預期因其它各種原因造成癌症的死亡的機率是0.0005%，即百萬分之五。也就是10億人中有50萬人，這樣的計算無論怎麼說都是不正確的）， 但是這種情況發生的機會低於百萬分之一。

遙測術

卡西尼號太空飛行器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，而由於太空飛行器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（在67個迷你包內）組合在卡西尼的遙測術辭典內。在這67個低複雜性的迷你包之外，6個迷你包的子系統包含系統共變數和卡爾曼增益元素（161個測量）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（1）紀錄；（2）巡航計畫；（3）中慢速巡航；（4）慢速巡航；（5）軌道Ops；（6）Av；（7）ATE（姿態估計）校準。這七組遙測地圖涵蓋了所有太空飛行器的遙測方式。

發射

1997年10月15日，卡西尼-惠更斯號從卡納維爾角航天基地第40號發射台成功發射升空。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公尺。第一級火箭在升空第131秒開始點火，當時高度是58,500公尺。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公尺。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，探測器近距離通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布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，也是航海家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-惠更斯號通過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，並將數據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。（其實，卡西尼-惠更斯號在2005年2月已經拍攝到羽狀物，只是仍需要進一步對高相位角度拍攝的照片進行研究，這些照片還需要同其他衛星的高相位照片進行對比。）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，噴氣推進實驗室宣布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，美國國家航空暨太空總署宣布，卡西尼上的高清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，美國國家航空暨太空總署卡西尼項目小組報告說，卡西尼飛船上幾部觀測儀器拍攝發回的土衛六圖像都顯示，土衛六北緯高緯度地區存在海洋。7月20日，美國國家航空暨太空總署說，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15億公里由高清晰度照相機拍攝了由土星回望地球照片。
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（丙烷、乙烷、乙炔）。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日展開並一直持續至今，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，卡西尼號使用高清晰度照相機拍攝土星回望地球與月球照片，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（Carolyn Porco）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布土衛二南極地底存在液態水海洋，土衛二成為太陽系有可能存在生物的星球之一。
2017年4月，美國國家航空暨太空總署宣布卡西尼號，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，污染土星衛星，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（達佛涅斯），它的臨時名稱是S/2005 S1，這顆衛星也導致縫隙邊緣的波紋。卡西尼號在2007年5月30日發現第五顆新衛星，臨時名稱是S/2007 S4，他現在已經被命名為Anthe。2009年2月3日，在一份電子報中透漏卡西尼號發現第六顆新衛星。這顆衛星位於土星的G環內，直徑只有大約500公尺（0.3英里），它的臨時名稱是S/2008 S1，被命名為Aegaeon（埃該翁）。2009年11月2日的新聞發布會上提到卡西尼號在2009年7月26日發現第七顆新衛星。它的位置在B環中，直徑僅約300公尺（984英尺），暫定的名稱是S/2009 S1。
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。

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。