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小獵犬2號

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小獵犬2號
所屬組織歐洲太空總署
主製造商EADS Astrium
任務類型登陸
發射時間2003年6月2日17:45:00 UTC
運載火箭Soyuz-FG/Fregat
發射地點白寇奴爾太空發射場
哈薩克卡拉干達州
任務時長2003-12-25 03:54:00 UTC
第206天,任務失敗
COSPAR ID2003-022C
官方網站beagle2.open.ac.uk
質量33.2公斤
攜帶儀器
數據速率2 or 8kbps / 2 to 128kbps

小獵犬2號(英語:Beagle 2)是一個由英國研發的着陸航天器,其研發目的在於搜索火星表面的生命跡象,是歐洲太空總署2003年火星快車號任務的一部分。小獵犬2號的名字來自曾兩次跟隨達爾文遠征的小獵犬號帆船(HMS Beagle),這兩次遠征促成達爾文日後得以完成並提出他著名的進化論學說。

它從火星特快車上釋放出來後的第六天,正準備按計劃進入大氣層時,失去所有聯繫。由於完全失聯,因而曾被質疑其根本沒登陸火星,而是被彈出大氣層,進入環日軌道;或質疑其在降落過程中被大氣燃燒殆盡;亦有其已抵達火星表面,卻因與火星地表堅硬物體發生撞擊而撞毀,或因其它錯誤而無法與地球聯繫的質疑。但是在2015年1月16日經多國研究人員確認,小獵犬2號其實已於2003年時成功登陸在火星表面,只是因故未能完成部署開始運作[1]

背景

「小獵犬2號」是由英國公開大學科林·皮林格教授(Colin Pillinger)為首的英國學術小組與萊斯特大學合作構想出來的。名副其實,它的目的就是為了搜尋火星生命信息,如皮林格教授所說:

小獵犬號在1830年代載着達爾文探索世界,並因此使我們對地球生命的認知獲得了一個巨大的飛躍。我們希望小獵犬2也能在探索火星生命上取得如此成就。」 北緯10.6°,西經270°,依西迪斯平原一塊巨大平坦的沉積盆地邊界,火星原始高地和北部平原之間的交界處,被選定為着陸點。專家期望登陸器能持續工作180天,如果可能,持續一個火星年(687地球日)的工作。「小獵犬2」登陸器的任務是探明着陸地點的地質狀況、礦產資源、土壤成分、氧化狀態、大氣的物理屬性、表層土壤分層、收集火星氣象學及氣候學的相關數據等,並尋找可能的生命跡象。 皮林格為設計和建造「小獵犬2」成立了一個聯合團體,主要成員及職責如下:

2000年,主要研發工作開始啟動,歐洲宇航防務集團負責項目管理,萊斯特大學負責任務管理,包括相關的發射後操作準備和操作控制中心。

經過廣泛的公眾宣傳並取得資金支持後,設計人員尋求並得到了英國藝術家的參與和認同。任務的呼叫信號由布勒樂隊作曲;校準「小獵犬2」相機和光譜分析儀的'檢測卡片'(校準用片)由達米恩·赫斯特繪製。

登陸操作控制中心(LOCC)設在萊斯特大學英國國家太空中心,從這裏可以看到如何控制航天器,中心對公眾開放參觀。中心還包括控制「小獵犬2」的作業系統、程序流程分析工具和科學遙測,準備活動序列、通訊系統及地面測試模型所需的虛擬現實工具。地面測試模型由多種不同的「小獵犬2」系統建造,這些數據收集起來形成一套完整的登陸電子信息。地面測試模型幾乎是不停的運行各種工程和科學命令,以此來檢測着陸順序,驗證所搭載的軟件。

航天器和子系統

「小獵犬2號」有一個設計為着陸後可展開的機械臂作為可調承載台(PAW)。可調承載台包括一對立體相機、一個(6微米解像度)顯微鏡穆斯堡爾頻譜學儀器、一台X光譜分析儀、一個收集岩石樣本的鑽頭和照射燈。岩石樣本由可調承載台送到質譜儀中,登陸器內置的氣體色譜儀——氣體分析儀(GAP),可以測量不同同位素的相對比例。因為眾所周知,碳是生命的基本元素,這些分析可以揭示樣本中是否有生命曾經存在的跡象。

此外,「小獵犬2」還配備了一個由機械臂放出的小鼴鼠(行星淺地工具,(PLUTO)),它安裝了一個可壓縮彈簧裝置,可以讓「鼴鼠」以每秒20毫米的速度在地表移動,探查地表,並用頂端的凹腔收集地表下的土壤樣本。鼴鼠與登陸器之間通過有線電纜連接,並將所收集的樣本通過電纜送回登陸器。

登陸器的外形看起來像是一隻很淺的碗,直徑1米,深0.25米。登陸器的外表面是以鉸接的形式摺疊起來的,裏面是一支超高頻天線、0.75米長的機器臂以及科學設備等。主體裏也包含了電池、通訊設備、電子設備、中央處理器、加熱器和附加荷載設備(輻射和氧化探測器)等。登陸器的蓋子是4片暴露在外未摺疊的太陽能板。登陸器發射時總計69公斤,但實際登陸重量約33.2公斤。

地面部分來自於歐洲太空總署,軟件核心是SCOS2000。為遵循低消費的原則,控制軟件的原型來自於筆記本電腦

任務

「火星特快車」在世界標準時間2003年6月2日17:45發射於拜科努爾。「小獵犬2號」裝在火星特快車的頂端平台。2003年12月19日8:31,登陸器由快車發射至飛向火星的彈射軌道。12月25日「小獵犬2號」發射6天後,按計劃,要以20000公里/小時的速度進入火星大氣層。登陸器外覆蓋着塗有NORCOAT(一種由EADS生產的燒蝕材料)的隔熱罩,來抵禦進入大氣層時的熱量。按火星探路者所經歷的熱流來說,火星大氣層中炙熱氣體產生的輻射和壓力最高點估計可達100 W/cm²左右。

在火星大氣層中降落後,降落傘被打開,到離地1公里的高度,巨大的氣囊開始充氣,將登陸器包起來,減輕着陸時的衝擊力。着陸時間預計在世界時12月25日02:45(歐洲太空總署時間12月24日21:45)。着陸後氣囊減壓,登陸器的頂部打開。此時,應該向火星特快車發一次信號,當地時間的早晨會再發一次,以此證明「小獵犬2號」成功着陸並渡過在火星上的第一個夜晚。立體相機和一個彈出式鏡子將拍攝着陸地點周圍的全景圖像,然後登陸器的機械臂展開。機械臂會用各種裝備採取樣品並儲存起來以便日後研究,「鼴鼠」也開始工作,在以登陸器3公里為半徑的範圍內掃描地面,挖取岩石下的土壤樣品進行分析。

英國政府在「小獵犬2號」上花費了超過2千2百萬英鎊(4千萬美元),剩下的4千4百萬英鎊(8千萬美元)來自私人投資。[2]

任務過程

雖然「小獵犬2號」被成功的從母船火星特快車發射出來,但成功登陸的消息卻一直沒能得以證實。確認訊息應該在2003年12月25號傳來,「小獵犬2號」應當聯繫早已在軌道上的美國太空總署2001火星奧德賽號,然而接下來的幾天,卓瑞爾河岸天文台洛弗爾望遠鏡也沒能收到「小獵犬號2」的信號。工作組說,他們仍然「滿懷希望」的期待發現返回信號。

2004年1月到2月,火星特快車一直多次試圖聯繫「小獵犬2號」。第一次嘗試開始於2004年1月7日,以失敗告終。雖然一直進行頻繁嘗試,但最有希望取得成功的是1月12日那天,「小獵犬2」預設為會被剛好飛過正上方的火星特快車探測器發現。然而直到2月2日,探測器要轉為自動發射的後備模式時為止,也未能同「小獵犬2」建立任何形式的通訊聯繫。目標着陸地區的中心的照片顯示此處有一個火山撞擊坑,有人認為也許是登陸器的停靠地點剛好在撞擊坑壁形成的陰影中,所以發射的信號無法傳送,但後來的高精度照片否認了這一假設。

2004年2月6日,「小獵犬2號」管理委員會宣佈確認「小獵犬2號」失蹤。2月11日,歐洲太空總署宣佈要對「小獵犬2號」任務的失敗進行調查。

火星任務失敗以太空任務而言,並不罕見,以2006年與火星相關的發射任務為例,該年37次發射任務中,僅有18次任務成功。

歐洲太空總署調查報告

2004年5月,委員會將「小獵犬2」的調查報告提交給了歐洲太空總署和英國科學大臣盛伯理勳爵[3] 最初,這個報告被列為機密文件,後經過19份書面申請要求,報告終於公佈於眾。

歐洲太空總署科學部負責人大衛·索思伍德英語David Southwood教授提出了四種可能的失敗原因:

  • 「小獵犬2」進入了科學家們完全沒有預計到的大氣層,很快就燃燒完了。也或許是被「反彈回太空中」。因為大氣中塵埃的成分分佈不同,其溫度和密度也完全不同。
  • 探測器的降落傘或緩衝氣囊沒有在正確的時間打開,或根本沒有打開。
  • 「小獵犬2」的後殼與降落傘絞在一起,使得降落傘沒能正確打開。
  • 「小獵犬2」在地表被氣囊和降落傘裹住了,沒法打開。

2005年2月,根據英國下議院科學與技術特別委員會英語Science and Technology Committee (House of Lords)的建議,報告公佈於眾,萊斯特大學獨立出版了任務細節報告,包括可能的失敗模式,和一本《前車之鑑》的小冊子。

尋獲

Overview
Context
Close-up
科學家於2014年11月和12月拍攝的影像中發現小獵犬2號[4]

2005年12月20日,皮格林教授公佈了一些來自火星全球探勘者號的圖片,他認為「小獵犬2」落在降落點伊希地平原的一個火山口中[5],據稱這張模糊圖片上的主降落點有一個黑斑,不遠處,「小獵犬2」的太陽能板已經展開,被一堆泄氣的氣囊包裹着[6]。2007年2月,美國太空總署(NASA)所操作的火星勘測軌道飛行器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)上之高精度相機發現這塊地其實是空的。[7]

2015年1月16日,一名歐洲太空總署火星特快車計劃的前成員麥可·克隆(Michael Croon)在分析由MRO上所搭載的高解像度成像科學設備(High Resolution Imaging Science Experiment, HiRISE)拍得的照片資料時,發現停在火星表面上的小獵犬2號蹤跡。之後由NASA的噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)、小獵犬2號計劃與HiRISE計劃等單位所進行的一連串影像分析證實小獵犬2號並未在登陸的過程中燒毀或撞毀,11年來一直靜止停泊在火星地表的伊希地平原(Isidis Planitia)。照片中顯示小獵犬2號成功着陸但太陽能板未全部展開,主降落傘緊鄰在一旁。因通信天線在太陽能板下面,故歐洲太空總署無法和小獵犬2號建立通訊[8][9]。相關單位並沒有計劃將它重新啟動、與它恢復通訊,或者從它身上取得任何資料。

火星地圖阿克戎槽溝阿西達里亞平原亞拔山亞馬遜平原阿拉伯高地阿卡迪亞平原阿爾及爾平原克律塞平原塞東尼亞區代達利亞高原埃律西昂山埃律西昂平原蓋爾撞擊坑希臘平原赫斯珀利亞高原霍頓撞擊坑伊卡里亞高原伊希地平原耶澤羅撞擊坑羅蒙諾索夫撞擊坑李奧撞擊坑米蘭科維奇撞擊坑涅瑞達山脈尼羅瑟提斯桌山群諾亞高地奧林帕斯山南極高原普羅敦尼勒斯桌山群太陽高原敘利亞高原坦塔羅斯槽溝群滕比高地塞壬高地塔爾西斯山群烏托邦平原水手號谷北方大平原
此為可互動圖片該火星地形圖為可互動圖片,標註了火星表面各着陸器與火星車的位置,鼠標移至圖片不同位置可查看相應信息,點擊將跳轉至相應條目。海拔以不同顏色呈現:白色和棕色表示最高海拔(+12至+8公里);其次是粉色和紅色(+8至+3公里);黃色為0公里;綠色和藍色為較低海拔(低至-8公里)。軸線為經緯度;極地地區有標註。
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海盜號
海盜2號

參見

影視作品中的小獵犬2號

小獵犬2號在電影《變形金剛》中出現,但電影中是美國發射的探測器。火星上的狂派變形金剛紅蜘蛛因為小獵犬2號而得知地球位置。

參考

  1. ^ sky News. Beagle 2 Found 'Partially Deployed' On Mars. sky News. 2015-01-16 [2015-01-16]. (原始內容存檔於2015-01-16). 
  2. ^ Jane Wardell. Beagle Mission Hampered by Funding, Management Problems. Associated Press. 24 May 2004 [2009-04-22]. (原始內容存檔於2009年5月23日). 
  3. ^ R. Bonnefoy; et al. Beagle 2 ESA/UKCommission of Inquiry (PDF). ESA and UK Ministry of Science and Innovation. 5 April 2005 [2009-04-22]. (原始內容 (.PDF)存檔於2009年3月27日). 
  4. ^ Webster, Guy. 'Lost' 2003 Mars Lander Found by Mars Reconnaissance Orbiter. NASA. 16 January 2015 [16 January 2015]. (原始內容存檔於2017-02-24). 
  5. ^ Possible evidence found for Beagle 2 location. ESA. 21 December 2005 [2009-04-22]. (原始內容存檔於2007-10-24). 
  6. ^ Pallab Ghosh. Beagle 2 probe 'spotted' on Mars. BBC News. 20 December 2005 [2009-04-22]. (原始內容存檔於2009-01-07). 
  7. ^ Portion of Beagle 2 Landing Ellipse in Isidis Planitia (PSP_002347_1915). HiRISE. University of Arizona. 26 January 2007 [2009-04-22]. (原始內容存檔於2007年2月19日). 
  8. ^ "Lost" 2003 Mars Lander Found by Mars Reconnaissance Orbiter. 美國太空總署噴射推進實驗室. 2015-01-16 [2015-01-16]. (原始內容存檔於2017-02-24) (英語). 
  9. ^ 失蹤12年 小獵犬2號竟然已登陸火星. BBC中文網. 2015-01-16 [2015-01-16]. (原始內容存檔於2015-01-20) (中文(繁體)). 

外部連結