这是欧空局航天器操作团队引导贝皮科伦坡号在水星上六次重力辅助飞越中的第三次。

贝皮科伦坡完成第三次飞越水星

这些飞越以及超过15,000小时的具有挑战性的太阳能电力推进操作,需要帮​​助航天器对抗太阳的巨大引力,因此它最终可以失去足够的能量,以便在2025年被捕获进入水星轨道。

周一飞越最近的一次飞行发生在世界标准时间19:34(欧洲夏令时间21:34)。BepiColombo接近水星的夜间一侧,这意味着大约13分钟后,航天器的监控摄像头记录了水星表面最有趣的景色。

飞越和推进器

虽然这是在主要任务开始之前在水星拍摄图像和微调科学仪器操作的好机会,但飞越水星的主要原因是利用水星的引力来引导贝皮科伦坡穿过内太阳系的路径。

该任务于2018年10月从库鲁的欧洲航天港搭乘阿丽亚娜5号发射升空,并利用九次行星飞越:一次在地球,两次在金星,六次在水星,以帮助引导进入水星轨道。

这次飞越之后,任务将进入水星之旅中非常具有挑战性的部分,通过称为“推力弧”的额外推进周期逐渐增加太阳能电力推进的使用,以不断制动太阳的巨大引力。这些推力弧可以持续几天到两个月,较长的弧会定期中断以进行导航和机动优化。

宇宙弹弓

水星是太阳系中探索最少的岩石行星,主要原因之一是到达那里确实很困难。当贝皮科伦坡越来越接近太阳时,我们的主星强大的引力会加速航天器向太阳靠近。

重力辅助飞越是一种使用很少燃料改变航向的好方法,但它们远非简单。

飞行控制器精确引导BepiColombo,使其以正确的距离、正确的角度和正确的速度飞越水星。所有这些都是多年前计算出来的,但必须在当天尽可能接近完美。

5月19日,任务控制中心的团队进行了该任务迄今为止最大规模的化学推进演习。目的是纠正贝皮科伦坡轨道上的误差,这些误差是由于前一个半月的缓慢电力推进弧期间推进器中断而累积的。飞越进近时的修正机动是正常操作的一部分;如果没有这个,BepiColombo将距离水星24000公里远,并且位于地球的错误一侧!

为了安全起见,并确保任务不会最终与水星相撞,最新的机动设计使得贝皮科伦坡将以比所需高度稍高的高度飞越这颗岩石行星。额外的余量是一个不错的选择,它抵消了之前航天器在太空中穿越数百万公里时出现的错误。距飞越一周后,BepiColombo预计将在236公里(+/-5公里)的高度飞过行星表面。

在近距离接近时,由于水星的引力,贝皮科伦坡相对于水星的速度将加速到5.4公里/秒,但与太阳相比,飞越总体上会将航天器的速度大小降低0.8公里/秒,并改变其方向2.6度。

“这是首次使用复杂的太阳能电力推进方法将航天器送至水星,这对巡航阶段的剩余部分来说是一个巨大的挑战,”欧空局贝皮科伦坡任务经理圣马丁内斯·桑马丁说。

“我们已经调整了我们的运营理念,与我们的地面站建立了额外的通信通道,使我们能够更快地从推进器中断中恢复并改进轨道确定。由于目前光信号在地球和航天器之间传输需要时间,因此一直存在超过十分钟的通信延迟。”

飞行动力学既是一门科学,也是一门艺术。轨道、机动和飞越是提前几年确定的,但航天器并不是完美的数学对象。这就是为什么团队总是谨慎行事,考虑多种机动机会来磨练和纠正航天器的实际路径。

科学的味道

虽然许多仪器在巡航阶段被激活,但有些仪器也在飞越期间运行,为主要任务期间预期的水星科学提供了另一个诱人的一瞥。磁性、等离子体和粒子监测仪器将在最接近之前、期间和之后对环境进行采样。

这是第一次开启BepiColombo激光高度计(BELA)和水星轨道飞行器无线电科学实验(MORE)的飞越,尽管BELA仅用于功能测试目的。一旦进入水星轨道,BELA测量了水星表面的形状,MORE研究了水星的引力场和核心。

“在飞越期间收集数据对于科学团队在主要任务之前检查其仪器是否正常运行非常有价值,”欧空局BepiColombo项目科学家JohannesBenkhoff说。

“它还提供了一个新的机会,可以与美国宇航局信使号航天器在2011年至2015年水星任务期间从水星周围通常无法从轨道到达的互补位置收集的数据进行比较。我们很高兴已经发布了基于我们之前的飞越的数据,这些数据产生了新的科学结果,这让我们对进入轨道更加兴奋!”

2025年12月抵达水星后,BepiColombo的两个科学舱——欧空局的水星行星轨道飞行器(MPO)和日本宇宙航空研究开发机构的水星磁层轨道飞行器(MMO)——将与水星转移舱(MTM)分离,进入围绕水星的互补轨道。

主科学相机在航天器模块分离之前受到屏蔽,但在飞越期间快照由BepiColombo的监控相机拍摄。

独特的自拍照

在最近一次接近时,贝皮科伦坡位于水星的阴影中。大约13分钟后,行星被照亮的部分进入了航天器的视野,当时贝皮科伦坡距离约1840公里。

这意味着最近距离本身没有照明图像。显示水星表面细节的最具视觉吸引力的图像是在近距离接近后约13至23分钟内拍摄的。

这些相机提供1024x1024像素分辨率的黑白快照。由于它们在航天器上的位置,它们还在图像的前景中捕捉到了MTM的太阳能电池阵列之一和MPO的天线。当BepiColombo经过水星时,该行星出现在M-CAM3图像的右上角,并向左下角移动。