基本介紹
基本概述,基本信息,主要目的,研製背景,技術特點,設計要點,結構特點,搭載裝置,性能特點,科研開展,發射過程,開展實驗任務,相關報導,
基本概述
基本信息
1990年10月6日,歐洲的尤里塞斯(Ulysses)星際探測器由美國的發現號太空梭發射升空,飛往木星和太陽。這項任務是NASA和ESA的一項聯合計畫,其意義超出了原計畫本身。發現號太空梭施放的“尤里西斯”太陽探測器,將以無線電傳輸方式向地球發回內日光層的三維圖像,並為12個國_家的49個研究機構的科學家提供資料。這是第一個能夠飛越太陽南北極,對太陽表面進行全面觀測的飛行器,其軌道所在平面與地球繞日運行軌道所在平面相垂直。
“尤里西斯”探測器重367公斤,其科學載荷重55公斤,由9個儀器組成。這些儀器分別探測太陽風、太陽與太陽風之間界面結構、太陽磁場、太陽與星際間高能粒子、銀河系宇宙射線,太陽無線電脈衝串與電漿波、星際中性氣體與塵埃,以及太陽X射線等(見左圖)。“尤里西斯”探測器還將探測木星南極磁球層,這是過去發射的先鋒號與探險者號探測器沒有探測過的,而去年發射的伽利略號探測器也不會到達這個區域。“尤里西斯”太陽探測器施放約40天后可提供科學數據,此時按照計畫9個太陽物理儀器將全部投入使用,但其直到1994年6月從太陽南極地區下方經過時才能發揮其最大作用。
主要目的
尤里塞斯的主要目的是要研究行星際間的介質和在太陽不同緯度上的太陽風.人們有理由認為太空飛行器僅在黃道面取樣發現的窄太陽緯度帶中的環境不能代表整個日光層。
1995年,當尤里塞斯到達太陽時,它將不會近距通過太陽,而是從與太陽相距.32億公里的太陽南極和相距.224億公里的北極越過。尤里塞斯將沿著這一獨特軌道進人從未探測過的日光層第三維空間,在這裡該探測器將探測太陽風的結構,磁場和其它現象。
尤里塞斯計畫探測太陽的射電爆發現象、電漿波、太陽X一射線和到達木星的整個途中所遇到的銀河系宇宙射線,然後經太陽系中的一條路線再次飛向太陽。
研製背景
70年代末，NASA和ESA做出決定，分別建造一個太空飛行器，以進行國際性的太陽極地黃道面外探測飛行（ISPM）。這項任務原計畫於1983年進行，但由於太空梭的研製計畫推遲而一再推遲，直到尤里賽斯發射前，共進行了8次更改。
1984年，美國取消了它對這一合作計畫提供一個太空飛行器的承諾，這在很大程度上取消了整個任務的科學性，挫傷了為此項目已經奮鬥多年的歐洲航天計畫人員。此外，NASA還講歐洲尤里賽斯太空飛行器的發射時間推遲到1986年。
不久，即1986年1月，發生了挑戰者號事件，致使發射日期再次推遲，直到1990年下半年才發射。挑戰者號事件之後，太空梭上面級的選擇又從低溫半人馬座上面級轉向有PAM第三級的兩級慣性上面級。
1988年，ESA根據希臘神話將這項任務改名為尤里賽斯探測飛行器。傳說，尤里賽斯曾到過太陽以外的地方探測人類未居住的世界。
技術特點
設計要點
“尤里西斯”探測器由聯邦德國的道尼爾公司領導歐空局成員國的20個工業聯合體製造。該探測器必須能經得起黃道外軌道和暴露在木星輻射帶和磁場中的嚴峻考驗,必須具備與寬頻帶敏感儀器的電磁兼容性,並且其必須在距地球5.3天文單位(契約7.95億公里)處滿足這些要求。在這個距離上,太陽引力比太陽對地球的引力小25倍。探測器上的科學儀器在近5年的飛行過程中將一直工作,這些儀器需要冷卻到類似實驗室條件的一20’c。因為探測器不能保持與NASA深空間通信網地面站的連續直接通信,大量信息必須暫時存儲。美國能源部通用電氣公司設計製造的普通熱源(GPH)S放射性同位素熱電發電機(RTG),為探測器提供動力。其在飛行開始時可提供285瓦功率,而在1995年9月探測任務結束時還可提供250瓦功率。燃料為杯238。為保持精確的軌道,探測器幾乎每天都要做校準機動飛行。據歐空局官員說,若使用太陽電池陣在這樣遠的距離上提供動力,則重量太大,並且會在木星大氣層中衰減,故未採用。
尤里西斯”探測器對太陽的全面觀測,以及在實際觀測基礎上對太陽環境的首次三維分析,將極大地擴展太陽物理學方面的知識。“尤里西斯”探測器的無線電儀器還將探測至今尚無記錄,但已由愛因斯坦預言過的引力波。其它科研項目還包括探測太陽磁力線,這種太陽磁力線著來是從太陽兩極出發,而以巨大的弧線終止於中緯度地區;探測日光層磁場,其現行模式為從太陽兩極出發向外輻射,但實際觀測尚未肯定這種觀點;還要了解宇宙射線是否容易經過兩極區域進入太陽大氣層,如很多科學家所假設的那樣。
結構特點
尤里賽斯太空飛行器的尺寸只有3.2mx3.3m，它是太空梭所發射最下的太空飛行器之一。但是，對太空飛行器的推力要求則是太空梭計畫發射的有效載荷中最高的。
發現號太空梭的這次發射首次使用了慣性上面級有效載荷輔助艙(IUS/PAM)3級結構。
搭載裝置
為了達到目標,尤里塞斯攜帶9種設春,其中有雙磁強計、太陽風電漿實驗設備、離子成分光譜儀、高能粒子實驗裝置和低能帶電粒子探測器。尤里塞斯還載有宇宙射線和太陽粒子實驗裝置、無線電和電漿波實驗設備以及太陽耀斑、X一射線和宇宙伽馬射線爆發探測器。另外,尤里塞斯還載有宇宙塵埃、日冕探測器和重力波探測實驗裝置。
性能特點
尤里塞斯探測器從太空梭尤里賽斯探測器發放後90分鐘內,它的3級發動機便可使其加速到1,5.4.公里/秒的相對地球速度,相對太陽的速度為45公里/秒。尤里塞斯探測器不僅要以這種前所未有的速度飛往木星,而且還要展開長達72.5米的天線。其科學目標是對太陽極地上空區域進行探測。
尤里塞斯需要以極高的精度發射,以便飛行8億公里到達木星,然後穿過一條只有160.9公里寬的軌道通路,藉助木星引力再返回向太陽飛去。
按計畫,尤里塞斯將於1994年6月進入從未探索過的太陽南極上空區域,並獲取該區域的數據。之後,由於太陽的引力,尤里塞斯將改變航向,向北飛往太陽側面上空,計畫於1995年2月穿過太陽赤道,繼續向北飛行,然後轉彎,於1995年6月進入太陽北極,開始在這一未曾探索區內採集數據。
科研開展
發射過程
發射時，太空人駕駛發現號直接進人軌道,太空梭軌道器進人傾角為28。5度的初始橢圓軌道。大約經過45分鐘的飛行後軌道機動系統發動機開始點火,將太空梭加速到67米/秒,使其進入高度近300公里的圓軌道。
當太空梭飛行2小時後,有效載荷艙門打開,Ulysses/IUS的初始測試工作立即開始。同時,太空人將發現號的有效載荷艙對準地球,並向北轉動30度。在飛行3小時40分鐘時則要進行最重要的一次測試。在軌道器高度變化機動飛行大約開始一小時後,飛行任務駕駛員開始檢驗IUS的慣性測量裝置的測量結果是否與軌道器的慣性測量裝置的一致。地面控制人員跟蹤測量軌道器和IUS的有關數據,以確保二者之間沒有差異,保持太空飛行器各系統在空間的方向一致。如果發現數據有差異,地面控制站就給IUS傳輸一個修正信號,使太空飛行器在空間精確定位。這是此次太空梭飛行的關鍵點之一。IUS必須具有準確的姿態數據,只有這樣,才能計算出飛往木星的準確軌道所需的發動機工作程式。太空梭太空人將按照這一程式對PAM級進行檢查,這種檢查是在太空梭飛行4小時之後進行的。在對PAM檢查一小時後,太空人就開始操縱發現號太空梭進行機動飛行,使太空梭進入部署尤里塞斯所需的姿態,即有效載荷艙將部分地對準地球,太陽在軌道器頭錐的下方。
在飛行5小時20分鐘後,慣性上面級的傾轉台的角度將加大到29度。然後太空人控制軌道器與慣性上面級之間的臍帶式連線脫離。並將慣性上面級的傾轉台加大到58度,進人慣性上面級部署的位置。
當飛行6小時20分後,即發現號太空梭進人太平洋關島上空時,太空人開始部署尤里塞斯。裝在傾轉台上的彈簧將以巧厘米/秒的速度把尤里塞斯及其助推器推離發現號太空梭軌道器。太空梭駕駛員將在後駕駛台做好準備,一旦尤里塞斯部署裝置出了故障,或發生不平衡分離時就對發現號太空梭進行機動,飛離尤里塞斯。在正常情況下,太空梭與尤里塞斯分離60秒鐘後太空人操縱反作用控制系統以67厘米/秒的速度工作。當尤里塞斯部署巧分鐘後,太空人將使太空梭軌道系統以.945米/秒的速度飛行,把發現號太空梭軌道器推離尤里塞斯16公里以外。
開展實驗任務
發現號太空梭太空人按計畫還要在空間呆3天,太空人們要在剩餘的飛行時間內進行許多醫學和技術方面的實驗。在這次飛行的41項研究任務中,還包括有聚合物薄膜實驗和火在零重力下如何燃燒的驗證實驗。太空梭飛行4天1小時後,它將以87.5米/秒的速度重返大氣層。在再入大氣層過程中,太空梭頭錐兩側的反向偏航噴氣發動機將在M12、M6和M4的速度下工作。所進行的試驗有助於確定軌道器前向反作用控制系統推進劑在再人時是否能夠被安全地清除掉,以及在軌道器前起落架著陸時毀壞的情況下,前燃燒箱中漏出的推進劑不會對太空人造成太大的危險。
尤里塞斯太空飛行器由位於NASA噴氣推進實驗室(JPL)的尤里塞斯有效載荷管理中心的ESA控制組來控制指揮。如果需要的話,首次軌道修正在太空飛行器發射10天之後進行,第二次在發射28天之後進行。在飛行進人第29天時,JPL的控制人員發出指令,讓太空飛行器拋掉一些保護用的殼體,以便讓電纜和中心桿得以展開。一個長72.5米的偶極天線與.56米的徑向天線和.75米的軸向天線同時展開.一個1.6米的碳纖維天線桿也將展開。
相關報導
2006年11月18日，歐洲空間局（ESA）發布訊息稱，ESA-NASA聯合實施的尤里賽斯（Ulysses）任務於11月17日到達了另一個重要里程碑：開始第三次通過太陽南極。
尤里賽斯由歐洲製造，1990年發射，用於探測日光層，即太陽風吹出來的空間氣泡。由於太陽變幻莫測的性質，第三次造訪無疑將揭示我們這顆恆星新的和意想不到的特性。
第一次極區穿越發生在1994年（南極）和1995年（北極）太陽活動低年，而第二次發生在2000年和2001年太陽活動高年。據ESA的尤里賽斯項目科學家和任務管理人員Richard Marsden介紹，“在第一次穿越期間發現了排序良好的日光層，極區的太陽風與赤道的太陽風明顯不同。而在太陽活動高年情況比較複雜，很難把特定地區與其它地區區分開。
當尤里賽斯第三次到達極區時，太陽已經再次安靜下來，將接近活動低年。Marsden說，“尤里賽斯每6.2年繞太陽一圈，非常適合研究11年的太陽活動周期。實際上，尤里賽斯正在四維探測日光層，三維空間再加上時間。”
尤里賽斯還是日光層網探測器艦隊的重要成員，該網路包括“太陽與日光層觀測台”（SOHO）、NASA的“先進成分探測器”（ACE）、“風”和“旅行者”太空飛行器。最近，該網路又增加了兩名新成員，即NASA 10月底發射的兩顆孿生“日地關係觀測台”（STEREO）。在尤里賽斯2007年的南極-北極飛越期間，利用STEREO、ACE和SOHO進行聯合觀測將是一件令人激動的事情。
尤里賽斯第三次極軌道示意圖。尤里賽斯探測器於1990年發射，在1994年和1995年太陽活動低年時首次通過南極和北極；2000年和2001年太陽活動高年時第二次通過太陽南北極。
