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金星-D

太空探测计划

金星-D (俄語：Венера-Д, 發音：[vʲɪˈnʲɛrə ˈdɛ])是俄羅斯提出的計劃於2026年或2031年將一艘軌道器和一台登陸器發射到金星的太空探測任務[3][8]。其中：軌道飛行器的主要目標是利用雷達進行觀測，着陸器則以金星號系列為藍本，將在金星表面長時間(≈3小時)[2]運行。金星-D中的「D」代表「dolgozhivushaya」，俄語「持久」的意思[9]。

金星-D
任務類型金星探測
運營方 俄羅斯聯邦航天局
任務時長軌道器: ≥3 年(提議)[1]
着陸器: >3 小時[2]
長壽型現場探測器: ≈90 個地球日[2]
航天器屬性
發射質量5,800 - 7,000 千克 [3]
乾質量軌道器: 990 千克[3]
着陸器: 1,600 千克[4]
酬載質量軌道器設備: 1,200 千克[3]
着陸器設備: 100 - 120 千克[3][4]
功率軌道器: 1,700 瓦[3]
任務開始
發射日期提議: 2026年[5][6][4]
運載火箭質子號或安加拉A5型火箭[3]
發射場東方航天發射場[7]
軌道參數
軌域金星北極
近拱點300 公里
遠拱點500 公里[3]
傾角90°
週期24 小時[3][2]
金星軌道器
航天器組件軌道器
金星著陸器
航天器組件着陸器
轉發器
頻帶X波段和Ka波段 [3]
容量16 兆比特/秒 [3]
← 金星16號
無 →

金星-D將是俄羅斯聯邦發射的首艘金星探測器(早期的「金星號」探測器是屬於前蘇聯發射的)。金星-D作為俄羅斯製造的新一代金星探測器旗艦，將搭載一架最終能在金星惡劣環境下生存時間打破原蘇聯探測器11⁄2個小時記錄的登陸器。金星表面平均溫度為攝氏462度(華氏864度)，大氣壓達到90巴(89個標準大氣壓；130 磅/平方英尺)，以及含硫酸的腐蝕性二氧化碳雲。金星-D將用質子號或安加拉 A5火箭發射升空[3]。

啟源

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2003年，俄羅斯科學院提出的「金星-D」作為科學項目「願景計劃」之一被列入2006-2015年聯邦太空項目。2004年確定了任務立項，計劃於2013年發射「金星-D」探測器，並在2014年登陸金星表面[10]。在最初構想中，該探測器包括一艘大型軌道飛行器、一顆子衛星、兩隻探空氣球、兩台小型着陸器及一台大型長壽型着陸器(≈3小時)。

到2011年，該項任務被推遲到2018年，並縮減至只攜帶一顆子衛星的軌道飛行器和一艘預計運行時間3小時的登陸器[11]。截止2011年初，金星-D 項目進入開發階段 A 期(初步設計)。

2011年11月，由於福布斯-土壤號探測器的失事，導致俄羅斯所有行星探索項目被推延(但與歐空局聯合開發的火星生物探測項目除外)，該項目的實施被再次推遲至不早於2026年前[9][12]。  

狀況

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拉沃契金協會現正主持任務概念架構的開發，可能將搭載美國宇航局的儀器設備。從2018年到2020年，美國航天局和俄羅斯太空研究所(IKI)之間第二階段研討活動將繼續完善科學項目概念、軌道飛行器和着陸器任務結構並詳細審核能解決金星關鍵的「現場」科考問題的空中平台類型[6][13]隨着該任務概念的發展，將舉行更多場研討會[6][13][14]。從發送到金星的總質量來看，最佳發射時機將出現在2029年和2031年[5][6]。

目標

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這次任務重點是研究大氣層超旋轉、地表形成和改變的地質過程、地表物質的礦物和元素組成以及有關地表與大氣相互作用的化學過程[15]。  

軌道飛行器的任務目標是：[6][9]
  • 研究大氣層超旋轉的動力和性質、輻射平衡和溫室效應；  
  • 描述大氣層的熱結構、風、熱潮汐和太陽鎖定結構；
  • 測量大氣層成分，研究雲層結構、成分和微理化特徵；
  • 研究高層大氣、電離層、放電活動、磁層和氣體逃逸率。
着陸器的目標是：[6][9]
  • 對地表物質進行化學分析，研究地表元素成分，包括放射性元素；  
  • 研究地表與大氣層的相互作用；
  • 調查大氣層的結構和化學成分，包括微量氣體和稀有氣體豐度及同位素比值；
  • 對雲狀氣溶膠進行直接化學分析；
  • 描述當地不同尺度地貌的地質特徵。

理論上的科學設備

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為實現探測任務的科學目標，研究小組正在評估軌道飛行器所需攜帶的以下設備：[4]

  • 傅里葉變換光譜儀，250–2000 厘米-1λ=5-45微米，Δν=1 厘米-1；
  • 紫外成像光譜儀，190–490 納米，Δʎ=0.3 納米；
  • 毫米輻射計，毫米波輻射計；Ka、V和W波段；
  • 紫外-紅外成像光譜儀 ；
  • 監控攝像機；
  • 太陽和恆星掩星光譜儀；
  • 紅外外差光譜儀；
  • 1號無線電設備，軌道飛行器對地面，S和X波段雙頻掩星；
  • 2號無線電設備，地面對軌道飛行器，S和X波段雙頻掩星；
  • GROZA-SAS2-DFM-D，閃電和其他電現象產生的電磁波；
  • 3套等離子體設備：1）離子全景能量質量分析儀；2）CAMERA-O、電子光譜儀-ELSPEC、快中子分析儀-FNA；3）高能粒子光譜儀。
着陸器設備

着陸器將攜帶100-120公斤的設備，其中可能包括：[4]

  • 穆斯堡爾譜儀/α粒子X射線光譜儀(APXS)；
  • 化學分析包(CAP)：氣相色譜儀和質譜儀；
  • 氣象套件；
  • 樣品採集、處理、加工。

美國宇航局的潛在合作

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2014年，俄羅斯科學家曾徵詢美國宇航局是否有興趣合作一些執行任務的儀器[9][1]。為此，2015年美國宇航局成立了「金星-D聯合科學定義團隊」(JSD)研究團隊。金星-D可以搭載一些包括氣球、等離子體測量子衛星或安裝在着陸器上的長壽型(90天)地面站等在內美國組件[2][15]，所有可能的合作項目仍在討論中[1][2][16]。

美國宇航局可提供的潛在儀器設備包括拉曼光譜儀和α質子X射線光譜儀(APXS)[17]，此外，美國宇航局正在考慮包括超高壓氣球、可操縱高空氣球、半浮式太陽能飛行器(VAMP)等三種金星大氣層機動平台[6][18]。

太陽能驅動的金星大氣機動平台(VAMP)目前正由「諾斯羅普·格魯曼公司」(Northrop Grumman Corp)開發。一旦搭載在金星-D上，它將能在金星50-62公里高的雲層中飛行，現正在將其運行期提升至117個地球日[4]，以便能夠完整地監測一整個金星日。它也可攜帶儀器來觀測金星的大氣結構、環流、輻射、成分和微量氣體種類以及雲狀氣溶膠和未知的紫外線吸收物質[4]。

另一項提議的有效載荷是"長壽型現場太陽系探測器"(LLISSE)，它將使用新型材料和耐熱電子器件，能獨立運行大約90個地球日[2][16]，這種持久性設備可進行定期天氣數據測量，以更新金星環流模型，並計量近地表大氣的化學變化[2]。該裝置為約重10千克(22磅)的20厘米(7.9英寸)小立方體，安裝有風速/風向傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器和化學多傳感器陣列[2][19]。着陸器可攜帶兩部，一部由電池供電(3000小時)，另一部為風能驅動[2][16]。

另請參閱

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參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 美國航天局研究與俄羅斯空間研究所共享金星科學探索目標[失效連結]. 美國航天局. 2017年3月10日
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 Venera-D: Phase II Final Report （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. Joint Science Definition Team. 31 January 2019.
  3. ^ 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 Status Report of the Venera-D Joint Science Definition Team. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） D. Senske, L. Zasova, A. Burdanov, T. Economou, N. Eismont, M. Gerasimov, D. Gorinov, J. Hall, N. Ignatiev, M. Ivanov, K. Lea Jessup, I. Khatuntsev, O. Korablev, T. Kremic, S. Limaye, I. Lomakin, A. Martynov, A. Ocampo, S. Teselkin, O. Vaisberg, and V. Vorontsov. Lunar and Planetary Institute conference. 11 December 2017.
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 《通過對金星的全面探測，擴展我們對地球氣候和地質的認識》 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 金星-D聯合科學定義小組報告。2017年1月31日.
  5. ^ 5.0 5.1 存档副本. [2020-12-24]. （原始內容存檔於2020-10-23）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 《金星-D任務概念的發展，從科學目標到任務架構》. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 《2018年第49屆月球和行星科學大會》(LPI Contrib. No. 2083).
  7. ^ Venera-D Mission Concept for Study Atmosphere, Surface and Plasma Environment of Venus. 42nd COSPAR Scientific Assembly. Held 14-22 July 2018, in Pasadena, California, USA, Abstract id. PEX.1-26-18. July 2018.
  8. ^ РАН: запуск "Венеры-Д" состоится не ранее 2024 года. Gazieta.ru. 9 April 2012 [26 September 2013]. （原始內容存檔於2012-04-12）. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 Wall, Mike. Russia, US Mulling Joint Mission to Venus. Space. 17 January 2017 [29 October 2017]. （原始內容存檔於2020-07-20）. 
  10. ^ 俄羅斯太空網頁上的金星-D任務 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (accessed 25 November 2013)
  11. ^ Ted Stryk, 《俄羅斯的金星-D任務(DPS-EPSC 2011)》 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, 《行星學會》,2011年5月10日(accessed 25 November 2013)
  12. ^ 引用錯誤：沒有為名為Report 201的參考文獻提供內容
  13. ^ 13.0 13.1 《金星-D 第二階段》 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. LPI. 2019.
  14. ^ 《一艘探索金星的飛船？俄羅斯可能會先期到達那裏》 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Dirk Schulze-Makuch, 《航空航天雜誌》. 2019年10月11日
  15. ^ 15.0 15.1 Senske, D.; Zasova, L. 《金星-D：通过对金星的全面探测，扩展我们对地球气候和地质的视野》 (PDF). NASA. 31 January 2017 [29 October 2017]. （原始內容 (PDF)存檔於2017-04-27）. 
  16. ^ 16.0 16.1 16.2 Long Lived In-situ Solar System Explorer (LLISSE). （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） LPI. 2019.
  17. ^ Report of the Venera-D Joint Science Definition Team. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 31 January 2017. JSDT, VEXAG at NASA.
  18. ^ 《為金星探索開發的太陽能飛行器概念》 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. (PDF) NASA. Glenn Research Center. 2018.
  19. ^ NASA's space probe for exploring Venus should be ready by 2023. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Alison DeNisco Rayome, C-Net. 23 October 2019.

外部連結

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