[科普中國(guó)]-深空1號(hào)

飛行器簡(jiǎn)介

在研制和發(fā)射宇宙飛船深空一號(hào)的過(guò)程中，有許多華人科學(xué)家付出了心血與結(jié)晶。深空一號(hào)是美國(guó)南加州巴沙迪納噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任研究工作的華人科學(xué)家劉登凱、譚國(guó)華、鐘杰斐和梁慶豐等人，過(guò)去幾個(gè)月來(lái)共同完成深空一號(hào)電腦結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與安裝工作。

許多國(guó)家的新聞媒體應(yīng)邀在噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室里觀看了從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射升空的深空一號(hào)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，該飛船升空后有關(guān)的遙控指令，都是由這些華人科學(xué)家在位于洛杉磯市北郊的這個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)出的。

第一個(gè)對(duì)深空一號(hào)電腦發(fā)出操作指令的劉登凱說(shuō)，深空一號(hào)計(jì)劃包含12項(xiàng)前所未有的太空新技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)下一世紀(jì)的太空探測(cè)具有1絕對(duì)的影響。劉登凱擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室航空電子部門經(jīng)理。

飛行器任務(wù)DS-1是美國(guó)NASA新千年計(jì)劃中的第一個(gè)任務(wù)，新千年計(jì)劃的主要目標(biāo)就是試驗(yàn)和驗(yàn)證空間飛行器在軌飛行中涉及到的一系列新技術(shù)和新設(shè)備，驗(yàn)證一系列新概念技術(shù)在空間環(huán)境下的風(fēng)險(xiǎn)，從而提升未來(lái)航天器的研制基礎(chǔ)。DS-1則尤其是NASA/JPL的一款低成本微小衛(wèi)星技術(shù)驗(yàn)證任務(wù)，該任務(wù)驗(yàn)證了以下技術(shù)：1）太陽(yáng)能電力推進(jìn)技術(shù)；2）聚焦太陽(yáng)能陣列；3）自主導(dǎo)航技術(shù)；4）微小相機(jī)光譜成像技術(shù)；5）小型深空應(yīng)答機(jī)技術(shù)；6）Ka波段固態(tài)功率放大器；7）信標(biāo)監(jiān)測(cè)技術(shù)；8）自主遠(yuǎn)程代理終端；9）低功耗電子器件；10）電源驅(qū)動(dòng)及切換模塊；11）多功能結(jié)構(gòu)。

飛行器本體DS-1飛行器主結(jié)構(gòu)為8棱柱鋁框架，高1.5m，直徑1.1m。整星的外形尺寸為2.5m高，2.1m深，1.7m寬。該探測(cè)器由Spectrum Astro公司建造，在飛行器建造中采用了MSTI (Miniature Seeker Technology Integration微小化總裝技術(shù))技術(shù)，主要的部組件安裝在平臺(tái)外部，這樣極大簡(jiǎn)化了總裝和測(cè)試的工作流程。

DS-1飛行器的供電主要依靠蓄電池和安裝在本體兩側(cè)的太陽(yáng)電池陣，在展開狀態(tài)下長(zhǎng)達(dá)11.75m，衛(wèi)星太陽(yáng)電池陣設(shè)計(jì)成SCARLET II（Solar Concentrator Arrays with Refractive Linear Element Technology，利用了線性屈光元件的太陽(yáng)光聚能電池陣）該電池陣在距離太陽(yáng)1AU處可產(chǎn)生2.5kw功率。

飛行器總重量486.3kg，其中包括373.7kg飛行器干重，31.1kg肼推進(jìn)劑以及81.5kg氙氣用于離子推進(jìn)。

飛行器的無(wú)線通信通過(guò)一部高增益天線、3部低增益天線，1部安裝在飛行器頂部的Ka波段天線，其中一部低增益天線安裝在飛行器尾部服務(wù)艙并指向地球方向。所有的數(shù)據(jù)通信都采用CCSDS協(xié)議。

發(fā)射與軌道Deep Space -1飛行器于1998年10月24日，由Delta-7326運(yùn)載火箭從卡納維拉爾角發(fā)射升空，與Deep Space-1一起升空的還有SEDSAT-1衛(wèi)星，Deep Space -1飛行器被發(fā)射進(jìn)入太陽(yáng)系行星際軌道，飛行器軌道周期453天，軌道面與黃道面夾角0.4o，近日點(diǎn)日心距0.99AU，遠(yuǎn)日點(diǎn)日心距1.32AU，軌道偏心率0.14300。飛行器的第一個(gè)目標(biāo)是一顆近地小行星“1992 KD”，該小行星的估算直徑在2~5km。

深空一號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)深空1 號(hào)是由美國(guó)航宇局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)的一個(gè)項(xiàng)目，采取了該局“更快、更好、更省”的指導(dǎo)思想。這一指導(dǎo)思想也有不利的一面，那就是會(huì)加大項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。為了省錢，深空1號(hào)的大多數(shù)系統(tǒng)不設(shè)備份，只有少數(shù)系統(tǒng) 采取了較低水平的冗余配置，因此容易出現(xiàn)所謂的“單點(diǎn)故障”，導(dǎo)致探測(cè)器夭折。例如，如果升空后太陽(yáng)陣展不開或不能正確地指向太陽(yáng)，地面控制人員將只有1.5 一 3 小時(shí)的時(shí)間利用探測(cè) 器上的蓄電池提供的電力來(lái)查找障。蓄電池是由美國(guó)空軍提供的，由于經(jīng)費(fèi)太緊，容量很有限。衛(wèi)星的公用艙由光譜宇宙公司制造，采用了該公司小型尋的技術(shù)綜合( MSIT )衛(wèi)星的公用艙設(shè)計(jì)。

深空 l 號(hào)項(xiàng)目是在1995 年得到批準(zhǔn)的，3 年后即發(fā)射升空，很好地體現(xiàn)了指導(dǎo)思想上的“快” 字。行星際探測(cè) 要“趕機(jī)會(huì)”，發(fā)射要在一定的“窗口” 時(shí)段內(nèi)進(jìn)行。同其它行星際探測(cè)器一樣，深空 1 號(hào)也是越到發(fā)射前越緊張。星上的行星探索等離子體實(shí)驗(yàn)件 ( PEPE) 直到9月15日才交付發(fā)射，比進(jìn)度要求晚了一年多，離發(fā)射窗口打開的時(shí)間只有一個(gè)月 (發(fā)射窗口為10月22日至11月初 ) 。其實(shí)，深空1號(hào)按原計(jì)劃應(yīng)在1998 年7月發(fā)射，當(dāng)時(shí)的打算是先飛過(guò)火星和麥考利夫小行星，然后在 2000年6月與一彗星交會(huì)，但由于軟、硬件研制工作延誤，發(fā)射時(shí)間在前不久被推至10月，探測(cè)目標(biāo)也因此改為小行星1992KD。

深空1號(hào)的預(yù)算為1.523億美元，其中發(fā)射前的研制工作耗資0.948億美元，火箭發(fā)射服務(wù)費(fèi)用0. 435億美元，1999年9月18日主任務(wù)完成前的飛行操作費(fèi)用0.103 億美元，另有370萬(wàn)美元用于科學(xué)探測(cè)方面的工作。不過(guò)離子 發(fā)動(dòng)機(jī)的研制經(jīng)費(fèi)是單的，花了0.38 億美元。若飛行任務(wù)延長(zhǎng)到2001年底，在延長(zhǎng)期內(nèi)該項(xiàng)目還要再花0.15億美元。2

探索彗星1998 年10月24日，在美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角火箭發(fā)射場(chǎng)，首次使用的德爾塔7326一95型火箭向著宇宙深空呼嘯而去。表面看來(lái)，這似乎是一次載著航天飛行器的司空見慣的發(fā)射。這架航天飛行器的重量也只有486千克。但是，只有美國(guó)宇航局內(nèi)部的人才十分清楚這次發(fā)射的意義所在——作為宇航局新千年計(jì)劃的一部分，它不同尋常，甚至它的名字就非同一般，“深空1號(hào)”，簡(jiǎn)稱DS一1。

絕大多數(shù)空間探測(cè)器都會(huì)使用試驗(yàn)過(guò)并已經(jīng)成功的技術(shù)，以盡量減少失敗的可能。但是，對(duì)于耗資1.5億美元的深空1號(hào)來(lái)說(shuō)，它的任務(wù)本身，就是帶著 十幾項(xiàng)新的、不成熟的技術(shù)，飛往宇宙深空進(jìn)行試驗(yàn)。其中包括：一部功率 210瓦特、可供長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的離子推進(jìn)器，一個(gè)高功率太陽(yáng)能板，以及在特殊情況下處理此項(xiàng)飛行任務(wù)的人工智能計(jì)算機(jī)軟件。作為一個(gè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)飛船，深空1號(hào)就是一個(gè)飛行中的實(shí)驗(yàn)室。

深空 1 號(hào)飛船的首席管理馬克·雷曼 (MarcRayman)，在宇航局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)由科學(xué)家和工程師組成的小組。這些足智多謀的成員共同編織著他們五彩繽紛的空間飛行之夢(mèng)。他們總能夠想出新的東西來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。甚至于，在他們最初的技術(shù)試驗(yàn)還沒(méi)有完全完成之前，他們又在規(guī)劃下一輪的科技冒險(xiǎn)了。他們想讓深空 1 號(hào)飛越一顆彗星。這件事，以前只有很少的飛行器嘗試過(guò)。的確，比起研究得比較好的大行星、小行星來(lái)說(shuō)，彗星還是一個(gè)處女地。飛近一顆彗星，對(duì)于深空1號(hào)似乎是很自然的一件事。3

任務(wù)結(jié)束深空 l 號(hào)，美國(guó)宇航局設(shè)計(jì)用來(lái)檢驗(yàn)高新技術(shù)的一只宇宙飛船于2001 年12月18日結(jié)束了它為期 3年的使命。地面控制專家向這只宇宙飛船發(fā)出關(guān)閉它的離子發(fā)動(dòng)機(jī)和其他系統(tǒng)的指令。留下深空1號(hào)的射電接收機(jī)以備宇航局什么時(shí)候決定恢復(fù)這一計(jì)劃時(shí)所用。

深空1號(hào)是 1 99 8 年 o r 月發(fā)射的，原本運(yùn)行1年檢驗(yàn)一些高新技術(shù)，包括離子發(fā)動(dòng)機(jī)、人工智能控制系統(tǒng)和高新太陽(yáng)能電池等。1998年7月，它飛越小行星 Braille后，繼續(xù)執(zhí)行一個(gè)延續(xù)計(jì)劃。盡管一架用于確定宇宙飛船定位的恒星跟蹤照相機(jī)失靈，深空1號(hào)仍然在2001 年9月成功地飛越了彗星Borrelly，傳回了迄今拍攝的最好的彗核圖像。

發(fā)射專家曾希望深空1號(hào)2002年8月飛越小行星1999KK1，但宇航局認(rèn)為要延續(xù)這一計(jì)劃需花很多的錢，與其這樣不如發(fā)射新探測(cè)器。4