卡西尼号：世界上最伟大的机器，为完成最后使命，不惜与土星相撞

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美国研发耗费11年，耗资34亿美元的土星探测器，为何最后反而撞向土星大气层，终结了自己的生命？
今天，我们就来讲讲人类航天史上最伟大的机器——卡西尼号的故事。
前期工作

对土星的探测计划，起始于上世纪80年代。按照最初的设想，发射的探测器要绕土星运行观测，并登陆其中的一颗卫星展开近距离的科研活动。

所以，这既需要制造一台绕轨道运行的卫星探测器，还要建造一台登陆器。此后，相关的设计和建造过程，有多达17个国家参与。

其中，美国的国家航空航天局（NASA）负责设计制造轨道卫星探测器。登陆器则由欧洲空间研究与技术中心研发，制造则交给法国的一家宇航公司负责。

这项浩大的工程被称为卡西尼工程，连同此后建造出来的轨道卫星探测器，也被命名为卡西尼号。卡西尼是历史上发现土星光环间最大间距的人。

而登陆器则以另一位天文学家惠更斯的名字命名，后者曾发现了土卫六，而登陆器要着陆探测的也正是土卫六。所以两部分合在一起，又被称之为卡西尼-惠更斯号。

从设计到研发制造，前期工作至少持续了11年，其中耗费的资金超过了34亿美元。相关的准备工作，直到1997年前后才彻底完成。

（负责把卡西尼号送入太空的大力神运载火箭）

35.2亿公里的飞行航程

1997年10月15日，是探测器发射的日子。地点是在美国的肯尼迪航天中心，当时发射所用火箭是大力神Ⅳ型运载火箭。

两部分探测器的整体重量，在5.6吨到5.8吨之间，火箭需要将探测器送入太空，然后卡西尼号的旅程才正式开始。

探测器利用行星之间的引力做弹射飞行，整个行程的距离为35.2亿公里，所需时间将近7年，最后确切用时为6年半。

在飞往土星的过程中，卡西尼号曾两次飞掠金星。1999年8月，它又在距离900公里的位置掠过了地球，此后又飞掠木星。

到2004年6月11日，卡西尼号终于接近了土星的“势力范围”。最先迎接它的是土卫九，在2000公里的距离上，它拍摄了土卫九的写真照。

半个多月后的7月1日，卡西尼号终于近距离的见到了土星，这也是人类300多年来第一次和土星近距离接触。

而在此前的2002年，也就是卡西尼号还在飞往土星的过程中，它也曾远距离为土星拍照。当时，卡西尼号距离土星有2.85亿公里，这一距离比地球到太阳的距离还要远两倍。远距离的照片中，让人类从更大的视野范围内，看到了极其庞大的土星光环。

光是看到土星还不行，卡西尼号接下来还有一系列繁重的科研任务。
曾经繁重的工作

按照此前的规划，科学家们恨不得把所有能想到的探测任务，都交给卡西尼号去完成。

它要绕着土星在极其广袤的磁场区域中飞行，既要远拍土星光环，还要近距离体验。这其中，土星磁场的活动，跟太阳以及它的各个卫星之间有什么关系。

此外，近距离体验土星环，主要是看看其中是否有火山的碎屑，以便验证这些物质是土星俘获的小行星猜测。

看完土星环后，还要再专门去看看土卫八，因为科学家始终不明白，为何这颗卫星一面会反射耀眼的光彩，另一面又黯淡无光。

观察了土卫八，卡西尼号又要将惠更斯号登陆器卸下来，后者将要降落到土卫六的乙烷之海区域，然后对土卫六展开一系列的观察。

除了完成上述一系列对土星的探测，卡西尼号额外的任务，还要随时监测宇宙中恒星爆炸所产生的电磁波。

要完成这繁重的工作任务，它必须得拥有多项探测仪器才行。

卡西尼号曾经的装备

两部分的探测仪器，一共携带了18台探测仪器。有12台是卡西尼号上面的，另外的6台则有惠更斯号携带。

与地球联络上，卡西尼号靠的是三个天线，一个是高增益天线，两个是低增益天线。这可以确保探测器至少有三种可跟地球联络的方式。平时，探测器只用一个低增益天线跟地球联络，一旦出现故障，另外两个天线是替补。

至于探测器的动力，整体上配备了3台放射性同位素热电式发电机，可以为探测器提供源源不断的动能，也可以理解为它采用的是核动力。

探测活动中拍照是重要的一项进程，所以探测器的呈像设备可谓相当先进。在数亿公里的距离外，设备就能对目标进行呈像。这其中，除了常规的光学照相机，还有微波遥感设备，光计设备以及雷达等等。

从其他探测仪器来看，因为所面对的探测任务不同，仪器的属性也是分门别类。

其中一套仪器是宇宙尘探测器，专门用来探测行星际尘埃、微流星以及土星周围宇宙尘的分布情况的。

该套仪器有两部分组成，一个是高计数率探测器子系统，主要是进行宇宙尘流的探测，分析宇宙尘埃，对宇宙尘发生碰撞后产生的等离子体进行测量。

设备的另一部分，还可以检测宇宙尘埃所带的电荷量，尘埃的溅射方向和碰撞速度，以及它们的质量和化学成分。

针对土星环的探测，则是另外一套高计数率探测器。该探测器主要用来探测土星环中的星际尘埃流，了解它们的通量和质量分布。同时，探测仪器还能深度发掘土星环尘埃和磁场间的关系。

相关的探测仪器，是由芝加哥大学研发的。所用材料是极化高分子材料，这种材料有很好的压电性能，质量轻便，耐高温又抗辐射。所以面对太空中的尘埃以及各种碎片，它并不惧怕。

而相关探测仪器的工作，在卡西尼号被送入太空的那一刻就开始了。在飞往土星的过程中，宇宙尘埃探测器几乎在不间断工作，在整个过程中，它传输回了大量的宇宙尘埃以及小行星带等相关数据。

值得一提的是，在卡西尼号发射升空的时候，我国的航天事业也正处于蓬勃发展阶段。彼时，载人航天还未开始，探月工程也处于起步阶段。

因此当时国内也都清晰认识到，我们的深空探测和美国还有很大的差距。而经过了十多年的发展，我国的奋力追赶乃至在某些领域的赶超，也让西方为之侧目了。

而在卡西尼号飞往土星的旅途中，它所携带的各种仪器的工作频率则更高了。

第一张照片和土星环

给土星拍摄第一张照片，就是在2.85亿公里外，照片中的土星，其巨大的身影正在穿过土星环，整体部分把最大的卫星土卫六都给遮挡住了。

多年以来，科学家对土星环的兴趣，甚至超过了土星本身。土星的诞生时间为45亿年左右，而土星环则更年轻，其形成的时间在1亿年到1000万年之间。那个时候，地球上正是恐龙兴盛的时期。

不过也有观点认为，土星环的年份和土星一样久远，它是在土星诞生时，太阳系内的一些残留体形成的。

而趋向于相信土星环年轻的观点，则认为是土星在后来捕获了彗星或者其他小型天体，而后形成了环绕土星的颗粒带。

卡西尼号在随后的工作过程中，传输回了大量穿越土星环时的数据。科学家利用卡西尼号近距离发现，土星环的构成有块状物、有光滑状物，还有条纹状物。这三部分之间的边界十分的清晰，可以说是泾渭分明。

虽然原来困扰科学家的一些谜团解开了，但这些不同的环状物究竟是怎么形成的，现在依旧是一个谜团。但不管怎么样，卡西尼号观测到数据，能给科学家下一步的深入研究提供方向和指引。

（惠更斯在下降过程中拍摄到的土卫六）

除此之外，惠更斯号则是直接接触了直径为5120公里的土卫六。因为距离太阳远，所以土卫六整体的温度可以达到零下180摄氏度。

整个探测过程中，惠更斯号将数据以无线电信号的方式，传送给在轨道上运行的卡西尼号，而后再传送回地球。

（土卫二）

该结束了

2017年9月15日，当卡西尼号最终要坠向土星大气层的时候，彼时从我国的夜空去看，土星位于南天上。

傍晚的7点53分，探测器进入土星的大气层。1分钟后，探测器所有的动力全开，迎面朝着土星而去。为了记录着最后的时刻，它所携带的天线，都指向了地球方向。

又过了1分钟，卡西尼的信号正逐渐减弱。在分秒之间，它的信号时断时续，最终地球上的人类再也接收不到它的任何讯息。

（卡西尼号最后拍摄的照片）

其他的一些细节

因为距离太阳遥远，太阳能电池板的设计模式，无法为卡西尼号提供动力来源，所以核动力就成了必然选择。

也正因为如此，美国当年的一些人还成立了一个“奶奶要和平”的组织。这些抗议人士认为，不应该使用核动力。

甚至在卡西尼号飞掠地球的过程中，有人还担心探测器会坠落地球，其携带的放射性物质会威胁到人类安全。

有意思的是，哪怕到了2016年，卡西尼号的生命都快要走向终结时，美国的相关抗议人士还在继续发声。

（抗议卡西尼号的奶奶要和平组织）

结语

2018年，也就是卡西尼号谢幕一年后，其谢幕时的视频获得了当年的艾美奖。在人们看来，卡西尼号的“伟大谢幕”视频，是向大众传播宇宙神奇的一个起点。

（卡西尼号冲向土星大气层的那一刻）

7年飞行，13年探测，卡西尼号完成了它20年的使命。对人类来说，宇宙更深层的探测，才刚刚开始。
<hr>参考资料：
《致卡西尼号：生的伟大，死的光荣》 科普中国 2017年12月18日
《卡西尼的“伟大谢幕”获得艾美奖》 新华网 2018年9月12日