一個月後，讓我們再現卡西尼號墜入土星時的壯麗情景

編譯：娟娟

9月15日，美國宇航局的卡西尼號宇宙飛船（Cassini spacecraft）墜入土星的高層大氣，結束了壯麗的終章使命。在燃燒殆盡前的寶貴時間裡，卡西尼號向地球實時傳回了其上8個科學儀器的數據，此外還包括各種工程系統的讀數。儘管分析這些科學數據需要一段時間，但現在，卡西尼號的工程師們已經非常清楚地知道了這艘飛船在最後一段時間的運行情況到底如何。研究團隊用於預測卡西尼號任務結束時狀態的數據非常有效，這些數據將有助於評估土星的大氣模型，它們也會為計劃未來的土星任務提供基線。

這些工程數據中的首要部分，是那些表明飛船小型姿態控制推進器性能的測量值。每一個推進器都能夠產生半牛頓的推力，大致相當於地球上一個網球的重力。

圖：計算機模擬圖，卡西尼號進入土星大氣。 Credit: NASA/JPL-Caltech

在最後時刻，卡西尼號進入了土星的大氣，其密度相當於國際空間站在地球上方軌道的稀薄氣體密度。換句話說，那裡幾乎沒有空氣。儘管事實上這種氣壓接近真空，但卡西尼號的速度卻是國際空間站的4.5倍，更快的速度極大地增加了稀薄的空氣施加在卡西尼號上的動態壓力。

數據顯示，當最後的俯衝開始時，卡西尼號在進入大氣層前的一個小時里，就不停地前後輕微搖晃，每幾分鐘就使推進器輕輕地發出脈衝，以確保天線始終指向地球。當時唯一的擾動力是土星引力的輕微拖拽，這個擾動力會使飛船發生旋轉。「為了保持天線指向地球，我們使用了開關控制，」卡西尼號航天器操作負責人Julie Webster說，「我們給飛船設置了一個較小的範圍，在此範圍內允許它旋轉，一旦飛船在某個方向撞上這個限度時，就會激發一個推進器來校正方向。」這個範圍實際上非常小，只有兩個毫弧度，重建數據顯示，卡西尼號使用這個方法巧妙地糾正了方向，直到失去信號前3分鐘時。

在土星雲頂上方1900米處時，卡西尼號與土星大氣相遇。此時，從飛船側面伸出的11米長的磁力計接近土星，稀薄的大氣開始反推磁力計，作為回應，推進器點火以校正方向。接下來的幾分鐘，正如工程師們預測的，推進器開始點火更長的時間，產生更加頻繁的脈衝。

隨著推進器進入幾乎持續點火的狀態，卡西尼號在土星大氣中保持自身方向穩定的狀態一共持續了91秒。在最後的20秒里，推進器持續使出了全力。最後8秒的數據顯示卡西尼號開始慢慢向後翻倒。就這樣，飛船天線發出的無線電信號開始偏離地球方向，83分鐘（信號從土星傳回地球需要的時間）後，卡西尼號的聲音從噴氣推進實驗室任務控制的監控器上消失了。

卡西尼號是一艘工藝非常堅固的宇宙飛船，它做到了科學家們所要求的一切。

更多有關卡西尼號的信息見：

https://www.nasa.gov/cassini

https://saturn.jpl.nasa.gov

參考資料：

Materials provided by NASA/Jet Propulsion

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171012113507.htm

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