ISEE-3的35年传奇

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它曾经是第一颗环绕拉格朗日点运行的卫星。它曾经是监视太阳风与地磁场的前哨。它曾经是第一架近距离交会并研究彗星的探测器。现在,它再度飞掠地球,并有望重返拉格朗日点……故事听起来近乎幻想,但这却是1978年8月发射的ISEE-3(国际日地探测器-3)的真实经历。这架圆筒形探测器最初的任务是与同期发射的母子探测器ISEE-1以及ISEE-2一道研究地球磁层和太阳风的相互作用,并给出地球磁场弓形激波的结构。出于这样的目的,它携带了检验高能粒子以及等离子体波的全套仪器,星体垂直于黄道稳定自转,可以每40分钟为太阳风采样一次。这样的检测频率现在看来当然不值得一提,在当年却是最先进的。ISEE-3的35年传奇ISEE三架下属探测器的轨道。(图片提供:NASA)与工作在地球附近的ISEE-1和ISEE-2不同,ISEE-3最初进入的是环绕第一拉格朗日点L1的晕轨道,它的成功入轨以及后来的平稳运行证明,让航天器平稳悬浮在引力平动点在技术上是完全可行的。现在,处在日地之间的L1因为避开了地球的遮挡,成了太阳观测平台的首选目标之一,WIND、SOHO等太阳物理的老兵都还在这里持续不断地更新着人们对太阳的认知。1982年6月,ISEE-3圆满完成了初始目标。任务的控制者又为其赋予了新的使命——飞向彗星。为了配合新任务的性质,ISEE-3随之更名为ICE(国际彗星探测器)。由于ISEE-3没有配备照相机,因此这方面的任务重点是探索太阳风与彗星的相互作用。从1982年9月起,探测器进行了一系列令人惊心动魄而又眼花缭乱的复杂变轨:飞离L1,然后依次飞掠月球、绕过地球,并进入环绕地球背面第二拉格朗日点的利萨茹轨道,又再次近距离掠过月面而去,最终于1984年初进入了与地球轨道接近的日心轨道,准备在翌年拦截贾可比尼—金纳彗星。ISEE-3的35年传奇ISEE-3的艺术概念图。(图片提供:NASA)1985年9月,ISEE-3从距离彗核7000多千米之外径直穿过贾可比尼—金纳彗星的离子彗尾,率先实现了彗星飞掠以及彗星数据的实地采集。随后它加入了哈雷舰队,在1986年3月底从距离彗核2800万千米之外飞过哈雷彗星的彗尾,与欧空局的乔托号、前苏联的维加1号和2号以及日本的先驱号和彗星号一道对这颗著名的彗星进行了研究。遭遇哈雷彗星的5年之后,NASA又一次派遣ISEE-3从事新的任务,这次是与尤利西斯探测器以及诸多地面台站一道监视日冕物质抛射。这项任务一直持续到1997年3月,由于期间在周期355日的日心轨道上的ISEE-3距离地球较远,通信不是很稳定,其数据下载速率也相当低,只有每秒64比特以下,到了任务后期,数据处理工作干脆是由尤利西斯小组兼任的。ISEE-3的35年传奇ISEE-3的轨道演化。(图片提供:NASA)不过任务终结之后的ISEE-3仍在发送着载波信号,因此又有了与探测器1999年与2008年两次确认式的短暂联络。2008年的那次联络结果很明朗,证明13台星载仪器中,除了1980年就已经出现故障的太阳风等离子体探测器之外,一切运转良好,而且探测器还携带有足够的燃料,可以进行规模较大的变轨机动,由此2014年重启计划就此出炉。2014年8月是ISEE-3近距离掠过地球的时候,重启过程也就安排在这一时期。由于探测器通信所用的S波段无线电已经过时,上世纪90年代末就已经被NASA废弃,而且官方也不大会去花费太多的时间人力和金钱来关注这架在技术上早已过时的设备,因此重启的主力是民间爱好者,计划所需的15万美元款项也是从民间征集而来的。ISEE-3的35年传奇ISEE-3现在可能的轨道。(图片提供:NASA’s Scientific Visualization Studio)为了实现目标,ISEE-3重启小组在2014年5月为波多黎各的阿雷西博射电望远镜安装了所需的通信放大器与调制器,并与NASA签订了太空合作协议(这也是NASA第一次就业已退役并且不会再次启用的航天器与其他机构签订协议)。按照计划,探测器将借助月球的引力重返L1晕轨道。如果前期工作顺利的话,甚至可以在3到4年后再次派遣ISEE-3出征彗星,当然,这次是以民间的名义。 9月补记:7月2日,ISEE-3重启小组自1987年以来第一次启动了探测器的推进器,将探测器自转速率调整到正常值。但可能是由于燃料箱缺乏加压氮气的缘故气体,随后的长时间点火没能取得成功,变轨失败。因此小组转而尝试利用探测器采集其他方面的数据,如监测伽玛暴,在8月飞掠月球期间研究月面等等。9月中旬,ISEE-3可能进入了安全模式,通信中断。它的下一次重返地球是在17年之后了,期间由于探测器具体轨道不明,重新与之取得联系是颇有难度的。说来哈雷舰队的成员不少都有过因燃料或加压气体泄漏而无法重启的遭遇,之前是乔托号和彗星号,现在ISEE-3也未能幸免。对于以飞掠单一天体为目标的探测器来说,反复重新利用不失为节约开支的好方法,但依照哈雷舰队的经验来看,在长时间内保持燃料箱的密封性确实是个很实际的问题。内容来自 Bo Zhang's Homepage

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