美國水手系列探測器


? ? ? ? ? ? 水手1/2號金星探測器
1962年7月22日,水手1號發(fā)射,重203.6kg,目標金星飛越,探測金星紅外輻射,太陽等離子體,微流星,磁力擾動和帶電粒子。在發(fā)射過程中,在宇宙神與阿金納上面級分離的前幾秒,宇宙神火箭偏離航向,被指揮員下令引爆。后事故調(diào)查發(fā)現(xiàn),問題在火箭的制導(dǎo)軟件,在輸入程序時少打了一個橫杠,導(dǎo)致自動駕駛儀調(diào)用的是瞬時速度而非原來的平均速度。





1962年8月27日,水手2號發(fā)射,作為1號的備份星,幾乎與1號一樣。在巡航過程中,除輻射探測器外,其它儀器均正常工作。在駛向金星時,曾一度因為太空懸浮粒的撞擊而失控。最后于1962年12月14日距金星34773km處飛越,探測了金星大氣構(gòu)造,拍攝金星全景地圖。于1963年1月3日失聯(lián)。

? ? ? ? ? ?水手3/4號火星探測器
1964年11月5日,水手3號在8min后由宇宙神-阿金納火箭送入地球停泊軌道,23.32min后,阿金納上面級二次點火,但點火結(jié)束后,探測器所具備的能量不足以到達火星。調(diào)查后發(fā)現(xiàn),NASA為了減輕質(zhì)量,采用蜂窩狀玻璃纖維代替金屬作為整流罩材料,但并沒有經(jīng)過充分的測試,結(jié)果火箭沒能按照預(yù)期程序分離。這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量增大,而且探測器無法展開太陽能電池板。地面控制小組立即命令探測器進入故障模式,關(guān)閉科學(xué)設(shè)備來減少能量損耗,并不斷點燃探測器上的發(fā)動機試圖使整流罩分離,但都沒取得成功。發(fā)射后8h43min,探測器蓄電池用完,美國首個飛行火星的任務(wù)失敗


1964年11月28日,水手4號由同樣的宇宙神-阿金納火箭發(fā)射,在阿金納上面級第一次點火后,探測器上面級組合體成功進入188km的近圓停泊軌道。在32.25min的滑行,地面發(fā)出指令使阿金納上面級二次點火96s進入地火轉(zhuǎn)移軌道。星箭分離后,太陽能帆板展開,星跟蹤器被激活,進行對日定向,并搜索老人星提供導(dǎo)航。一旦搜索到老人星,探測器就進入巡航模式。
根據(jù)計劃,第一次中途修正將在1964年12月4日進行。然而在當天,星敏感器無法鎖定目標恒星老人星,中途修正被推遲。地面控制人員最終確認了故障原因,原來是一粒針尖大小的灰塵懸浮在星敏感器鏡頭前,在太陽照射下十分明亮,因此星敏感器鎖定跟蹤了灰塵。最終在地面人員干預(yù)下成功排除了故障。推遲一天后,第一次中途修正順利完成,發(fā)動機點火20.07s,產(chǎn)生速度增量16.7m/s。在巡航段中,離子腔室的蓋革計數(shù)器在紀錄了幾次太陽耀斑后故障,完全停止了功能。
1965年7月15日,水手4號到達火星近火點離火星地表12322km。拍攝了21張火星地表照片,并用無線電掩星試驗初步確定了大氣環(huán)境和組成。

? ? ? ? ? ? 水手5號金星探測器




水手5號重244kg,于1967年6月14日發(fā)射,10月17日到達金星近拱點(3990km),成功探測并傳回金星大氣層數(shù)據(jù)。

? ? ? ? ? ?? 水手6/7號火星探測器



水手6/7號是水手系列中第一次使用宇宙神-半人馬火箭發(fā)射的,半人馬低溫上面級比阿金納上面級有更大的有效載荷能力。
1969年2月24日,水手6號發(fā)射,火箭采用單次點火模式將探測器送入軌道。起飛15s后程序轉(zhuǎn)彎,152s后助推器發(fā)動機關(guān)閉并分離。高度133.6km,速度3711.9m/s時,整流罩被拋棄,隨后一二級分離。二級點火7min15s,以11016.7m/s的速度送入地火轉(zhuǎn)移軌道。隨后太陽能板展開,對日定向,星敏感器鎖定老人星。
水手7號于1969年3月27日發(fā)射,動作序列與6號類似。
1969年3月1日 水手6號第一次中途修正,發(fā)動機工作5.35s。4月20日,發(fā)生一次小的意外事件,星敏感器丟失了老人星,并鎖定了大麥哲倫星云中最亮的點,最后故障解除。
1969年4月8日,水手7號第一次中途修正,點火7.6s,速度增量4m/s。不再鎖定老人星,重新搜索新恒星——天狼星。
水手6/7號在巡航過程中都遇到了無線電故障,發(fā)射信號強度減弱。接收機敏感度下降,推測是溫度過低所致。到任務(wù)后期無線電發(fā)射機神秘自鎖,原因不明。發(fā)射機轉(zhuǎn)換功率狀態(tài),隨后靈敏度恢復(fù)。
飛越過程可分為遠距離相遇,近距離相遇,掩星和數(shù)據(jù)回傳四個階段。遠距離相遇前,計算機命令科學(xué)載荷,數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和掃描平臺開機,并開始預(yù)熱。在遠/近距離相遇中,高分辨率窄視場相機和紅外光譜儀等等儀器開始工作。掩星過程中,無線電系統(tǒng)工作,獲取火星大氣數(shù)據(jù)。隨后開始數(shù)據(jù)回傳,回傳完成后探測器進入巡航模式。
水手6號到達近火點(3431km后)傳回57張照片。
水手7號在近距離相遇前與跟蹤站失去聯(lián)系,初步猜測一個微流星撞擊了探測器。在到達近火點(3430km)前,冷卻氣體泄露導(dǎo)致速度增加8~50cm/s。
飛越火星后,探測器轉(zhuǎn)到巡航模式,驗證通訊性能和驗證愛因斯坦的廣義相對論。