揭开水星的神秘面纱……

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拿到车票，出发！

UTC时间2004年3月8日，信使号探测器乘坐DeltaII 7925H奔向水星。

2011年3月18日，经历了7年的旅途后，信使号成功抵达了水星。

矛盾的星球——水星

上世纪60年代初，即使人类发明天文望远镜后，在太阳系最里面的水星依然使最为神秘的星球，因为其十分靠近太阳，很难对其直接成像。又因为其十分靠近太阳，对于地球有很大的相对相对速度，再加上其较大的偏心率和倾角和受到太阳的高温照射，人类对水星望而却步。

1973年，水手10号踏上了前往水星的旅程，通过金星引力弹弓的帮助，两次飞掠了水星，由于水手10号两次飞掠都是在太阳的同一侧，且水星自转周期和公转周期比例锁定在了2:3，每当水手10号飞掠时，水星的向阳面总是同一半球。这表明，水星还有另外一部分是人类所不知道的，我们需要一个水星轨道器来探测水星。

旅途的开始

信使号长1.27米、宽1.42米、高1.85米（你在坎巴拉里玩到的信使号的尺寸是完全错误的），重1107.9千克，主推进器为推力为645牛的发动机，还搭载了一根可折叠的磁强计，一个陶瓷隔热瓦和两个太阳能帆板。信使号乘坐当时NASA最心爱的Delta II火箭升空，为了到达水星，火箭使用了最高配置，所以Delta II 7925H也被称为Delta II Heavy，即超级加长一级油箱，9个GEM46助推器，Star48B上面级。火箭在卡纳维拉尔角LC-17发射台发射升空，虽然其进入的地球停泊轨道数据并没有任何记载（至少目前我找不到），但可以通过一段发射CG模拟和逃逸轨道数据得出其停泊轨道数据大概为169km*150km、倾角31.8度、LAN108左右的近地轨道。UTC时间7:03，在环绕地球大约半圈后，AJ10-118K发动机再次点火把远拱点抬至6537千米，接着，自旋火箭点火，Star48B固体上面级接过最后一棒，成功把信使号带入地球一年共振轨道。此次转移C3为16.4km²/s²，换算成Dv为3918m/s。通过推算，速度分量大概为（惯性参考系下）正切向3900m/s，正法向200m/s，正副法向500m/s。（地球停泊轨道和逃逸速度分量仅为推算，并非实际数值）

蓝色轨迹线为信使号第一圈的轨迹，它的轨道周期正好是一年，所以，当信使号绕太阳转了一圈时，地球也同时转了一圈。一年之后，地球和信使号也能交会。那为什么不能让轨道和地球尽量重合，减少燃料花费呢？那是因为引力弹弓前后，航天器相对于用于引力弹弓的天体的速度并没有改变，只是速度方向被天体引力偏转了，如果轨道完全相切，两者速度方向一致，就没有偏转，引力弹弓就更没有效果。两个轨道夹角越大，弹弓效应就越明显。这段话在下面的飞掠时仍有体现。

2005年8月2日，信使号回到地球，飞掠高度为2348千米。这样近距离的飞掠地球，是测试其设备的好机会，在测控中心的指挥下，信使号完成了成像系统等科学设备的测试。

飞掠后，信使号把太阳轨道倾角修回比较靠近黄道面的水平，而且把太阳轨道的近拱点从0.924AU降至0.603AU，低于金星的近拱点。同上，轨道近点越低，飞掠金星时的收益就越大，二次飞掠金星时就可以让轨道更接近水星。但近点越低，轨道周期越短，需要更多燃料来弥补周期差距、飞掠金星。权衡利弊后，科学家们选择了这条轨道，并于UTC时间2005年12月12日执行DSM-1（Deep Space Manuver—深空机动），共消耗315.6dv抬升远拱点以增加轨道周期便于金星交会，实际上，仅仅依靠315.6dv的速度增量还是不够。因为信使号的任务范围靠近太阳，所以信使号大量使用光压的帮助，剩下了不少燃料。

在执行了DSM之后，信使号探测器再绕太阳飞行了一圈，UTC时间2006年10月24日，信使号探测器到达金星，飞掠近点为2987千米。此次飞掠使信使号进入的金星一年共振轨道（与前文解释一致）。单次的飞掠并不能让信使号直接到达水星，这次飞掠让信使号的轨道倾角很接近水星，同时给了信使号一个稍作休整和探测金星的机会，并准备好第二次飞掠金星。

2007年6月5日，信使号如期回到金星，在338千米的高度飞掠了金星，这次飞掠微调了相对于水星的倾角，而且再次降低了近拱点到0.335AU，但这仍然不能让信使号与水星交会，还需要用发动机进行降轨（如果想要省燃料的话，也有三次金星弹射的方案）。飞掠过程中，ESA的金星快车也同时在金星轨道上运行，两者开展了一次金星联合探测，测量了金星的粒子和磁场特征。

在环绕太阳大约一圈左右后，2007年10月17日，信使号探测器执行DSM-2，主发动机点火两次，共418秒，消耗Dv227.4，再次降低了近拱点，信使号才得以与水星交会。而且交会也不是简单的交会，如前文引力弹弓扩展，单纯的轨道相切并不会提供效果，所以信使号的轨道也要略低于水星轨道，但也不能太低。如果太低，在水星的引力弹弓下，近拱点降低的也会越多，两轨道之间的夹角就越大，相对速度就越高。几次弹射下来，探测器与水星的相对速度已经大到不能用发动机再抵消的水平了（由于水星的偏心率较大，所以信使号轨道与水星轨道的交点不一定在信使号的近拱点上，所以DSM的最佳位置也不一定在远拱点，如图，明显看出DSM-2的位置早于远拱点）。DSM-2后，信使号奔向水星，2008年1月14日，信使号以200千米的高度飞掠水星。由于在第二次金星飞掠时，信使号的轨道倾角已经很接近水星，在这次飞掠中，借助水星引力的帮助，信使号几乎完全匹配了水星的轨道平面，同时进一步降低了远拱点，降低了与水星的相对速度（理论上，因为水星没有大气层，信使号的轨道可以更加接近与水星轨道相切，飞掠高度可以无限接近地表，这样到最后减速进入水星轨道时可以省下不少燃料，但是为了保险，飞掠高度都控制在200千米左右。可怜的火星气候探测者因为控制中心把火星近点高度的公制单位看作了英制使用，最终导致探测器一头扎进大气层，卒。由此看出，一定量的冗余是非常重要的）。

飞掠过程中，由于人类30多年来第一次近距离观察水星，信使号抓紧时间进行成像，成像区域覆盖了水星的大部分地区。飞掠后，信使号进入了一个与水星轨道周期比为2:1的共振轨道，这意味着，在信使号绕太阳转两圈之后，会在同一位置再次与水星相遇。

2008年3月19日，信使号执行DSM-3，消耗72.2Dv以抬升进拱点，并于2008年10月6日再度返回水星，飞掠高度仍为200千米，信使号再次降低与水星的相对速度，进入与水星轨道周期比为3:2的共振轨道。

2008年12月4日和8日，信使号执行了两次深空机动，分别为DSM-4A和DSM-4B，共计消耗246.8Dv，第二次执行深空机动的同时还测试了信使号能否在执行机动的时候进行旋转。信使号在2008年10月6日第三次水星，飞掠高度略高于200千米，为228千米。且进入与水星轨道周期比为4:3的共振轨道。同时略微降低最近点的纬度，最后到达水星的时候就可以在水星北极切入水星轨道。可以看出，随着不断的飞掠，两轨道周期的比值也在不断接近1，当比值为1时，信使号和水星在同一位置的相对速度为0，即入轨了，通过比值的变化也可以反映出信使号对于水星的相对速度在不断缩小。

在第三次飞掠途中，出现了一些小插曲，信使号进入了安全模式，在没有太阳光照射的情况下从水星的背面飞掠。幸好，在信使号再次迎接太阳光照射的时候，计算机被自动重启，信使号回到了正常的工作状态。

共三次飞掠都是在水星的阴面进行的，可以从图中明显看出，交会的位置随着水星公转的方向而旋转，所以尽早匹配水星倾角变的尤为重要。

在最后一次水星飞掠之后，2009年11月24日，信使号执行了最后一次深空机动——DSM-5，这次机动消耗了177.75Dv，使得信使号能在两年多后飞掠水星，同时进入一条与水星相切的轨道，以在到达水星使拥有最小的相对速度。

我们到啦！

2011年3月18日，信使号主发动机点火885秒，消耗861.7Dv，进入近点207*1500km、倾角为82.5度的水星环绕轨道。由于水星的引力水平和月球差不多，又很靠近太阳，很容易受到太阳光压的影响，所以信使号必须定期消耗燃料，维持近拱点的高度小于500千米，同时控制好轨道周期，以方便进行成像。信使号在任务期间绘制了几乎整个行星的彩色地图，对水手10号看不见的大部分区域进行了成像，并测量了表面、大气和磁层的组成，还观测了水星附近有趣的现象。

为什么选择这样的轨道？2011年3月18日，信使号进入水星的轨道大致与水星晨昏线平行，在极地轨道上可以全程接收太阳光的照射，不断发电，供信使号使用。其次，进入极地轨道可以借助水星的自转，对水星全球进行探测。最后，进入高偏心率轨道是因为：水星可以反射太阳光，距离水星太近会被剧烈加热导致电子设备损坏，隔热瓦只有一片，不能同时遮太阳，也能遮水星。在靠近水星的时候进行探测，在远离水星的时候散热，也可以更省燃料的变轨。

2012年3月18日，在一年的探测任务圆满完成后，信使号开始了第一次任务扩展。两次机动使信使号的轨道周期从11.6小时降低到8小时。

2013年3月18日，信使号已经完成了两年的探测任务，但是仍剩下少量燃料，随即开启了第二次任务扩展。2013年11月最不寻常的事件汇合使科学家有机会观测短周期彗星2P/Encke和双曲轨道彗星2012 S1（ISON）。

旅途的终点

随着时间推移，信使号维持其轨道的燃料渐渐消耗，已经所剩无几，它试图用最后的燃料维持轨道高度

2015年1月21日，信使号来到了轨道的最低点，距离水星海拔15km。

2015年4月30日，信使号用光了最后一滴燃料，它再也没有维持其轨道的能力了。在这4年的探测期间，信使号成为水星唯一的伴侣。它们不断的互相环绕，彼此纠缠。但今天，信使号就要投入水星的怀抱了。也许没有卡西尼号的壮烈：水星没有浓密的大气；坠入水星时，地球也在地平线之下，也不需要依然顽强的将天线对准地球。也许这是一个圆满的过程，是信使号的旅途到了终点、找到了最终的归宿。

它以每秒3912米的速度冲向水星的表面，在水星上留下了地球的唯一足迹……

晚安，来自地球的信使……