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先驅者號探測器是M國發射的行星和行星際探測器系列之一, 1958年8月到1978年8月發射,共14個。用來探測地球與月球之間的空間, 金星、木星、土星等行星及其行星際空間。

特別是先驅者10號和11號向太陽系外飛。先驅者11號於1973年4月6日啟程,它以探測土星為主要責任。1979年9月1日,先驅者11號從距土星3400公里的地方掠過,第一次拍攝到了土星的照片。它探測了土星的軌道和總品質,測量了土星大氣成分、溫度、磁場,發現了兩個新光環。探測了土星之後,先驅者11號 便從天王星近旁掠過,與“先驅者”10號同於1989年飛向太陽系邊緣。

先驅者0號

先驅者0號(英語:Pioneer 0)也稱為托爾-艾布林1號 (Thor-Able 1)是M國的無人行星探測任務先驅者計劃的第1顆無人探測器,於1958年8月17日(UTC時間12:18:00)由M國空軍發射,為進入月球軌道而設計。這是M國首次嘗試的月球任務,也是世界上任何一個國家對地球以外軌道任務所作的首次嘗試。

它還帶有電視攝像機和第一國際地球物理年(International Geophysical Year)的一些其他科學裝置。但飛船在發射第一階77秒後在大西洋上空爆炸而摧毀。因未能入軌,所以沒有正式定名,後人在記錄中追加稱其作先驅者0號。隨後NASA進行了的其他的先驅者任務。

先驅者1號

先驅者1號(英語:Pioneer 1 )也稱為托爾-艾布林2號(Thor-Able 2),是M國的無人行星探測任務"先驅者計劃"的第2顆無人探測器,於1958年10月11日(UTC時間06:53:14,一說08:42:00)發射。該探測器也是美國國家航空航天局(NASA)成立後發射的第一個航天器。探測器原計劃用於探測地球附近和月球軌道上的電離層、宇宙射線、磁場、遊離輻射和微隕星。但火箭的第二級因計算機程式輸入錯誤提早熄滅發動機,把先驅者1號射入大橢圓近地軌道,探測器未能達到理論速度,因此無法完成接近月球的計劃。它在運行了43小時後進入地球大氣層,最後墜落到南太平洋。

先驅者1號原計劃探測月球,但由於發射載具提前了10秒熄火,故而停留在113,800公里的大橢圓軌道上。本來工作人員計劃讓先驅者1號進入一條地球軌道使它能夠成為地球人造衛星,以便長期獲得觀測資料。但是由於電池溫度太低而點火失敗。在停止工作之前,該探測器仍然傳回了一些地球附近宇宙空間尤其是範艾倫輻射帶的資料。這些資料,勾畫出了宇宙空間電離通量,是人類在有關星際間微流星體和行星際磁場密度上的首次測量,也是對有關在磁場中磁流體動力學振動方面的首次調查。兩天後,即在1958年10月13日格林尼治時間03:46,先驅者1號因為與大氣層摩擦損失速度而墜入南太平洋。

先驅者2號

先驅者2號(英語:Pioneer 2 )也稱為托爾-艾布林3號(Thor-Able 3),是美國的無人行星探測任務“先驅者計劃”的第3顆無人探測器,於1958年11月8日(UTC時間07:30:00)發射。

總體上與先驅者0號和1號很相近,攝像機被改進以得到更高的解析度,電池也被改進以避免發生先驅者1號的故障。然而,由於火箭的第三極發動機點火失敗,先驅者2號最終也沒能完成任務,在非洲大陸上空燃燒。

先驅者3號

先驅者3號(英語:Pioneer 3)探測器是美國陸軍彈道導彈機關(U.S. Army Ballistic Missile agency)與NASA聯合發射的月球探測器,由噴氣推進實驗室開發設計。但是由於火箭故障而導致任務失敗。

按照原計劃,先驅者3號應該在發射後33.75個小時時接近月球測量相關資料,然後再進入太陽軌道。1958年12月6日世界協調時5點45分12秒,先驅者3號在佛羅里達卡納維拉爾角升空。由於火箭第二級提前3.7秒熄火,探測器出射角達到71度而不是計劃的68度,它比地球逃逸速度約慢了每小時1000公里。 在重新落回地球之前,它所達到的最大高度為102360公里。7日19時51分(UTC),在經歷了大氣層中的燃燒,總計運行了38小時零6分之後,估計它墜落在了非洲大陸北緯16.4度,東經18.6度的地方。由於地面接收站的地點設定,總計36小時的任務時間中有13小時是與探測器失去聯絡的。任務期間,探測器內部的溫度一直維持在43攝氏度左右。雖然沒有完成預期任務,但是根據其感測器傳回的資料,人們發現範艾倫輻射帶實際上分為兩層。[

先驅者4號

先驅者4號(英語:Pioneer 4)是美國的無人行星探測任務“先驅者計劃”的第5顆無人探測器,於1959年3月3日(UTC時間17:11:00,一說3月4日05:11:00)發射。它完成了先驅者3號未能完成的任務。先驅者4號原計劃射向月球,在離月球表面三萬餘千米的上空近距離飛行,收集並傳回科學資料,最後進入日心軌道,成為人造行星。但因為計算錯誤,“先驅者”以六萬餘千米的高度掠過月球上空,在近月飛行任務中沒能利用上探測器上裝備的光電感測器。成為第二顆人造行星。

先驅者5號

先驅者5號(英語:Pioneer 5也稱1960 Alpha 1, Pioneer P-2或 Thor Able 4),是美國國家航空航天局所發射的空間探測器。此探測的主要任務是測量地球與金星之間宇宙空間內的磁場分佈情況,雖然設計壽命只有一個月,但實際上工作了106天。這是先驅者計劃中繼先驅者4號之後第二個成功完成任務的探測器。

原本先驅者5號的任務可能是在1959年前後探測金星或火星,由於錯過了發射視窗,才改為後來的磁場探測。1960年3月11日,先驅者5號從卡納維拉爾角發射升空,數分鐘後就達到了第二宇宙速度,經過軌道調整之後進入了一條週期312天,環繞太陽的軌道,這條軌道和黃道面之間的夾角為3.35度。在剛開始的時候,先驅者5號每天開啟無線電轉發器工作4次,每次25分鐘。在探測器距離地球160萬公里的時候,其微隕石計數器平均每週可記錄到80餘次碰撞。通過其磁場探測器,研究人發現地球磁場的範圍大約為地球半徑的14倍,這一數值超過了以前所估計的6倍。在3月底的時候,先驅者5號巧遇了一場太陽耀斑爆發,爆發過程探測器記錄到了能量為75M電子伏特的質子以及能量為13M電子伏特的電子,同時銀河宇宙射線則大為減少。而太陽平靜時,星際空間中的磁場強度不高。 由於距離地球越來越遠,負責接收資料的英國卓瑞爾河岸天文臺(Jodrell Bank Observatory)難以捕捉資料,先驅者5號在4月30日改用了功率為150瓦的訊號轉發器。然而負責供電的蓄電池卻發生了氣體洩漏,至6月26日地面就再也接收不到先驅者5號發回的資料了,此時它距離地球3千6百萬公里。

本來在1963年左右先驅者5號又可執行到接近地球的位元置,然而由於探測器缺乏電力,終究沒有同地面建立聯絡。在其工作期間,先驅者5號在總計138小時的時間內傳輸了3百萬位元的資料。

先驅者6號、7號、8號、9號屬於同一系列

在接下來的先驅者6號(1965)、先驅者7號(1966)、先驅者8號(1967)及先驅者9號(1968)的目的就相對明確,那就是:目標只有一個,太陽,主要任務是研究太陽風中的陽離子與電子、宇宙射線、星際磁場。這些相對今天而言小巧的探測器靠自己旋轉來保持穩定,這些探測器的發射不僅給人類帶來的珍貴的資料,還為美國航天探測器的發展積累了寶貴的經驗。在1974年與1976年美國與聯邦德國共同合作,先後發射了太陽神1號及太陽神2號探測器,值得一提的是它是迄今世界上飛行速度最快的探測器速度高達每小時25.3萬公里每小時。太陽神號前後工作了十年,至今仍留在繞太陽軌道內。

先驅者6號

Launch Date: 1965-12-16

Launch Vehicle: Delta

Launch Site: Cape Canaveral, United States

Mass: 146 kg

但長壽的先驅者6號一直到2000年還能聯絡上,以35歲的壽命創下了探測器裡空前的記錄,直到2012年才被旅行者2號超越,這充分體現了美國高超的工業技術水平。

先驅者7號

Launch Date: 1966-08-17

Launch Vehicle: Delta

Launch Site: Cape Canaveral, United States

Mass: 138 kg

先驅者7號於1966年8月17日發射進入平均半徑為1.1 AU的太陽軌道。宇宙飛船最後一次成功跟蹤是在1995年3月,目前沒有進一步計劃跟蹤或嘗試與先鋒7號通訊。

先驅者8號

Launch Date: 1967-12-13

Launch Vehicle: Delta

Launch Site: Cape Canaveral, United States

Mass: 146 kg

先驅者8號由美國製造,主要研究太陽風離子、電子、星際電子密度、宇宙射線,為第一批環繞太陽公轉的人造探測器。1967年12月13日發射成功。

先鋒8號於1967年12月13日發射進入平均半徑為1.1 AU的日心軌道。航天器最後一次成功跟蹤是在1996年8月22日,當時它被指揮到後備發射管(行波管)。目前沒有進一步跟蹤或嘗試與先鋒8號通訊的計劃。

先驅者9號

先驅者9號屬先驅者系列的宇宙探測器。它的作用是太陽風中的陽離子與電子、宇宙射線、星際磁場。它們通過自轉保持穩定,轉速為每分鐘60圈。根據地面的指令,可以按照512、256、64、16、8bps這五種速率進行資料傳輸。1987年3月14日,美航宇局正式宣佈,繞太陽執行18年之久的先驅者9號衛星壽命已經終結。

該衛星於1968年11月8日發射,重67公斤。原預期衛星只能工作6個月,出人預料的是6個月後,衛星繼續向地面傳送資料,直至1983年5月18日為止。

先驅者10號

先驅者10號(Pioneer 10 或 Pioneer F)是NASA於1972年3月2日發射的一艘航天飛行器。它是第一艘越過小行星帶的飛行器,第一艘近距離觀測木星的飛行器,並於1973年12月3日發回了第一組木星的近距離拍攝的影象。1983年6月13日,先驅者10號越過海王星軌道 。當然,先驅者10號仍然沒有飛出奧爾特雲。

美國宇航局(NASA)的先驅者10號是目前有能力飛出太陽系的五艘太空飛船之一,還是最早飛出海王星軌道的探測器。雖然先驅者10號目前正朝著65光年外的畢宿五方向飛行,但這顆恆星並非先驅者10號的目的地,先驅者10號並沒有一個明確的目的地。

在1972年,先驅者10號離開地球,這要比旅行者1號早了5年。先驅者10號創造了多個第一,它是第一個有能力飛離太陽系的探測器,它是當時飛行速度最快的探測器,它是第一個穿過小行星帶的探測器,也是第一個造訪木星的探測器(1973年),還是第一個飛出海王星軌道的探測器(1983年),並且還是最遠離地球的探測器(發射之後的26年裡)。

雖然旅行者11號比先驅者10號晚了5年離開地球,但得益於木星和土星的引力加速,它的飛行速度足夠快,最終在1998年超過先驅者10號,成為最遠離地球的探測器。

先驅者10號一直與地面上的深空網路保持聯絡31年,最終在2003年徹底失聯,那時它與地球相距大約120億公里。目前,先驅者10號正在依靠慣性朝著太陽系外飛行,現在相對於太陽的速度約為11.9公里/秒,距離地球約為185億公里(123天文單位)。

先驅者10號的飛行方向為Taurus的畢宿五,每年行進大約2.5天文單位。由於畢宿五距離我們大約65光年,如果不考慮這顆恆星與太陽系之間的相對運動,那麼,先驅者10號將會在160萬年後抵達這顆恆星附近。

不過,先驅者10號並不會被畢宿五俘獲,只是會從它附近飛過。先驅者10號的速度足夠快,它會像另外四艘星際探測器和恆星一樣,一直環繞銀河系中心運動。先驅者10號攜帶著一塊鍍金鋁板,上面標註了人類和地球相對位置的資訊,它將作為人類的信使一直在銀河系的星際空間中穿行。

先驅者11號

先驅者11號(Pioneer 11)是第二個用來研究木星和外太陽系的空間探測器。它也是第一個探測器去研究土星和它的光環。與先驅者10號不同的是,先驅者11號(也稱做先驅者G號)不僅拜訪木星,它還用了木星的強大引力去改變它的軌道飛向土星。它靠近過土星後,就順著它的逃離軌道離開了太陽系。

上世紀70年代末,一種罕見的外行星(木星、土星、天王星和海王星)的結合(行星連珠)提供了一個機會,可以相對輕鬆地探索太陽系的那一部分,利用引力彈弓的幫助將宇宙飛船從一個星球傳送到另一個星球。為了利用這一每隔175年才有的寶貴時機,美國宇航局計劃發射一對旅行者號宇宙飛船,利用木星和土星的引力飛行,並有可能探索天王星和海王星。為了確保宇宙飛船能夠通過小行星帶和木星的強輻射帶,美國宇航局位於加州矽谷的艾姆斯研究中心(AmesResearchCenter)建造了兩艘較小的先驅飛船,作為探路者。先驅者10號於1973年3月2日發射升空,它的孿生姊妹艦先驅者11號於1973年4月5日發射升空。先驅者11號攜帶11種科學儀器,比其前身多一種,用於研究木星及其環境以及行星際空間。

11月,先驅者11號開始對木星進行觀測,並在12月2日以每小時107400英里的速度,對木星的雲層頂部進行了最接近的觀測。在這次相遇中,宇宙飛船拍攝了最詳細的大紅斑影象,並繪製了木星的極地區域。

1979年7月下旬,先驅者11號開始觀測土星。到那時,這兩艘“航行者”號已經發射完畢,已經完成了木星的飛行任務,正在飛往土星的途中。美國航空航天局的管理人員不得不選擇在哪裡尋找先驅者的蹤跡,以最大限度地支援接下來的旅行者專案。選項包括一個更科學有趣但風險更大的通過土星的內圈或不那麼有趣的通過外環,但旅行者2號不得不採取同樣的軌跡,以確保適當的重力幫助最終傳送至天王星和海王星。經過深思熟慮之後,管理者們認為,確保旅行者2號完成了計劃中的外行星之旅更為重要。1979年9月1日,先鋒11號在土星的雲層頂部13000英里範圍內通過,土星環和衛星的資料傳回地球。根據這些資料,科學家發現土星的大氣層主要由液態氫組成,並發現了兩個新的衛星和一個新環。10月,該航天器完成了對有環行星的研究。

計劃了21個月的行動,只要夠到木星,研究這個巨大的行星,並藉助木星的引力,先驅者11號就能完成對土星的一次遠端觀測。在與環繞的行星相遇後,先驅者航行在一個從太陽系中,一個逃逸的軌道上。1990年2月23日,它通過了最外層行星的軌道,開始了它的星際使命。宇宙飛船的最後訊號於1995年11月24日被收到。如果先進的外星文明發現了先驅者號宇宙飛船,他們都攜帶著一塊金質銘牌,提供關於人類的資訊和他們的起源。

先驅者10號,於 1989年5月24日飛越過冥王星軌道,帶著給外星人的"禮品"--"地球名片",向銀河系漫遊而去。先驅者11號,在基於放射性同位素熱電產生器所提供的能源不足以再進行任何實驗後,探測器的運作及遙測資料於1995年9月30日終止傳送。

據國外媒體報道,40年前,1973年4月5日,NASA研製的當時最先進的行星際探測器先驅者11號從卡納維拉爾角航天發射場升空,11號與10號互為姊妹探測器,配備了先進的放射性同位素熱電機。先驅者11號在探測完土星之後就利用行星際引力場踏上離開太陽系的旅程。

先驅者11號飛掠木星時的情景

先驅者11號從木星北極上方拍攝到的木星影象

從1974年開始,先驅者10號的木星之旅被認為是一次非常成功的探索,成功超過了小行星帶,但是在抵近木星探索時受到木星強大的引力場干擾,之後NASA決定先驅者11號的飛行路線不應該簡單複製之前的探索路線,可利用太陽系巨型氣態行星的引力場加速,因此探索目標就定位在土星。

著名的科學家詹姆斯.範艾倫在1974年的新聞釋出會上

NASA噴氣推進實驗室在測試飛行線路時注意到對木星高層大氣的探索,1974年12月2日,先驅者11號飛掠木星時距離其高層雲團僅4.2萬公里,先驅者10號的飛行路線上這個高度為20萬公里,但是11號選擇了通過木星兩極地區來避免赤道周圍強大的輻射帶干擾,由此利用木星引力場加速過程中達到創紀錄的每小時172,800公里,拍攝到木星大紅斑的影象。

先驅者11探測器進入行星際空間的情景

先驅者11號的飛行線路的選擇上爆發了一場激烈的爭論,焦點在於選擇何種路線飛掠土星,這也影響到後來著名的旅行者系列探測器的飛行路線,在這裡探測器的基礎上,旅行者2號來了一次太陽系“大旅遊”,先後訪問了木星、土星、天王星和海王星,在超越土星環後,重新獲得了引力加速,進入天王星的軌道。

距離土星2846000公里時拍攝的照片

在探索土星時,科學家擔心探測器可能與內環物質相撞,但在科學家的“冒險”精神驅動下,旅行者探測器採取了未知的探索路線,併成功超越天王星的E環。

NASA四艘行星際探測器的飛行路線,從四個不同的方向飛出太陽系

1995年,先驅者11號已經完成使命,距離地球大約130億公里,往盾牌座方向前進。而10號的飛行方向與11號相反,背離銀心方向。

先驅者11號(Pioneer 11)是第二個用來研究木星和外太陽系的空間探測器。它也是第一個探測器去研究土星和它的光環。與先驅者10號不同的是,先驅者11號(也稱做先驅者G號)不僅拜訪木星,它還用了木星的強大引力去改變它的軌道飛向土星。它靠近過土星後,就順著它的逃離軌道離開了太陽系。

先驅者金星計劃

先驅者金星計劃(Pioneer Venus project)由先驅者金星計劃軌道器(先驅者-金星1號,先驅者12號)和先驅者金星計劃聯合探測器(先驅者-金星2號,先驅者13號)兩個探測器組成。

先驅者12號

入軌時間 1978年12月4日

發射時間 1978年5月20日

發射手段 阿特拉斯-半人馬

任務時長 1978年5月20日至1992年

軌道衰減 1992年8月

來自金星軌道插入到1980年7月,近拱點在142至年間舉行253公里(17度北緯)以方便雷達和電離層的測量。衛星在軌道上的一個24小時的最遠點為66900公里。此後,在近拱點被允許升值(2290公里在最大),然後下降,節省燃料。1991年,雷達Mapper重新啟動調查之前難以南部部分地區的地球。1992年5月“金星先鋒開始了最後一階段的任務,其中近拱點舉行150和250公里之間,直到燃料跑出去,8月進入大氣層飛船墜毀。

先驅者13號

驅者金星2號,也叫先驅者13號,於1978年8月8日由 宇宙神-半人馬火箭發射。由一臺軌道環繞器、一臺大著陸器、三臺小著陸器所組成,著陸器並無法到達地面,主要用於偵測金星大氣。

先驅者13號是一個多探測器任務,發射於1978年8月8日,設計目標是探測金星大氣。一共是1個探測車攜帶了4個大氣探測器(1大3小),全部成功進入金星大氣層。最終探測車由於沒有配備隔熱層和降落傘,在 110 km高度處燒燬,1大2小探測器硬著陸墜毀,還有1個小探測器硬著陸後還和地球維持了一個小時的通訊,從這個意義上說可以認為是成功著陸了金星表面(NASA-Pioneer Venus Project Information),雖然著陸後並沒有做出什麼科學貢獻,不過可以認為這是美國在軍備競賽期間最接近著陸金星表面的一次。考慮到金星本身惡劣的表面環境,高溫和稠密的酸性大氣層,美國還是比較謹慎的,而戰鬥民族蘇聯本著一不怕死二不怕死的精神在軍備競賽期間硬著陸軟著陸一共成功著陸了10次。

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