太赫兹技术在木星探测中的应用(一)

2018-01-15 来源:美克锐科技 作者:张宇 字号:

2003年伽利略号木星探测器(1989年发射)一头冲进木星大气层玉石俱焚的时候,美国宇航局(以下简称NASA)的新疆界计划刚获得国会批准。这项宏伟计划在接下来的几十年直接影响了人类太空探索的方向,到现在已经执行到第三项任务。前两项任务和木星关系密不可分,任务一的新视野号探测器2007年在距离木星200万公里的位置瞅了一眼就直奔冥王星去了,一骑绝尘。任务二是为木星专属定制的,NASA烧掉11亿美元打造了史上最厚探测器(1cm厚钛金属壳)朱诺号并在2011年发射升空。迄今已经在九死一生(高辐射、强磁场)的木星轨道呆了两年多的时间,下个月也将冲入木星大气层化作一缕青烟。

相比开山鼻祖伽利略号,朱诺号已经鸟枪换炮了。太阳能取代了核动力,运载火箭取代了航天飞机(伽利略号就被挑战者号事故耽误了3年)。更为重要的是朱诺号携带了一项新装备微波辐射计(MWR),MWR配置了包括从600MHz到22GHz中的六个频段辐射计,有了它朱诺号就能穿透木星经年累月长达几百公里超级风暴、气旋,看到内部的结构和所含物质(主要分析水和氨气)。由于木星轨道凶险,NASA为所有探测设备上造了个180公斤重的钛金属外壳以低于木星的强辐射,全凭它朱诺号的微波辐射计MWR才挺到十一圈,而红外光谱仪JIRAM也坚持到了第八圈。

图1. 白色部分是朱诺号600MHz辐射计天线

图2. 朱诺号MWR穿透木星大气层示意图

在太阳系探测器上搭载微波辐射计历史可以追溯到1962年发射的水手2号金星探测器(搭载双通道辐射计15GHz/22GHz),1997年的卡西尼号土星探测器(13.78 GHz合成孔径雷达、高度计和辐射计)和2004年欧空局(以下简称ESA)的罗赛塔号彗星探测器(采用188GHz和562GHz辐射计)也都采用了微波辐射计作为核心探测设备。

图3. 水手2号系统结构图

图4. 卡西尼号探测器

图5. 罗赛塔号搭载的微波辐射计(MIRO)

有趣的是五十多前如何搭建一套宇航级的双通道辐射计呢?我们来看看JPL给出的答案。

未完待续。

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