維京號

維京號（英語：Viking program）是美國國家航空航天局的一個項目，包括兩個無人空間探測任務：維京1號和維京2號。每個航天器擁有一個用於從軌道上拍攝火星表面、運載着陸器以及進行與地球通訊中繼的人造衛星。維京計劃是火星探測史上最昂貴的計劃，也是1990和2000年代前最成功，提供信息最多的火星探測計劃。

維京計劃是1970年代繼旅行者深空探測器的成功後，NASA又一雄心勃勃的火星勘測計劃。維京一號於1975年8月20日發射，海盜二號於1975年9月9日發射。二者均使用泰坦 III-E 運載火箭和半人馬上面級發射。每艘航天器包括軌道器和着陸器。軌道器發回的圖像用於着陸點的選擇。着陸器與軌道器分離，進入火星大氣在選定的着陸點軟着陸。着陸器部署後，軌道器在軌道上繼續成像和其他科學任務。包含推進劑的軌道器-着陸器聯合重3527千克，分離並着陸後，着陸器重600千克，軌道器重900千克。

中文名稱的翻譯[編輯]

中國天文學名詞委員會將「Viking」翻譯為「海盜號」^[1]^[2]，但根據美國太空總署為這個計劃命名的文件，計劃的名稱在1968年11月由美國太空總署行星計劃辦公室沃爾特·雅各布斯基提議，寓意這個計劃好像北歐維京人，有航海探索冒險的精神^[3]^[4]，而非帶有歧視性的「海盜」名稱。雖然 Viking 這個字也可以譯為北歐海盜，但也指維京人。維京人是北歐斯堪的那維亞半島的人，有工匠、商人、管理者、探險家和航海家^[5]。

航天器設計[編輯]

軌道器[編輯]

軌道器的主要功能是運送着陸器到火星，偵測定位以確認着陸地點，為着陸器進行通訊中繼，以及進行其自身的科研項目。軌道器基於較早的水手9號航天器，其橫截面為約2.5米的八邊形。總重2328千克，其中1445千克為推進劑和姿態控制氣體。軌道器總高度3.29米。四個太陽能電池翼沿軌道器軸對稱布置，相對的太陽能電池翼展寬為9.75米。每個翼板上安裝兩塊1.57 ×1.23米面積的太陽能電池板，太陽能板由34，800塊太陽能電池構成，在火星可提供620瓦特功率。電能也貯存於兩個30安培小時鎳鎘電池。主推進器為使用二元推進劑（甲基肼和四氧化二氮）的液體火箭發動機。發動機推力1323牛頓，換算為Delta-V為1480米/秒。發動機可雙軸擺動9度。姿態控制由12個小壓縮氮噴嘴、太陽尋獲傳感器、巡航太陽傳感器、老人星跟蹤器和由六個三軸穩定陀螺儀構成的慣性部件和兩個加速規。

通訊系統包括一個20瓦特S波段（2.3GHz）發射機、兩個20瓦特行波管放大器。為了無線電科學研究和通訊實驗設置的X波段（8.4GHz）下行鏈路。S波段（2.1GHz）上行鏈路。1.5米雙軸穩定拋物面天線、固定低增益天線、兩個1280兆位磁帶記錄器和一個381MHz中繼無線電裝置。

科學儀器包括成像、大氣水蒸氣、紅外熱成像裝置安裝在具有溫度控制的指向性掃描平台中。科學儀器總重72千克。航天器的發射機也進行無線電科學研究。

指令處理經由各自獨立的兩個同樣的數據處理器，各具有容量為4096字的存儲器用於存貯上行命令和已獲取的數據。

着陸器[編輯]

着陸器是六面的鋁質結構，每面1.09米高，0.56 米長。由三條支撐腳支持。三個支撐腳構成邊長2.21米的等邊三角形。着陸器由兩個鈈-238放射性衰變電池供電。電池安裝在着陸器基礎結構兩側，由防風板覆蓋，高28厘米，直徑58厘米。可提供4.4伏特，30瓦特的連續電源。四個8安時28伏特蓄電池提供峰值負荷。推進由使用單組元聯氨推進劑的火箭發動機提供。發動機噴嘴共12個，排列成四組。三組噴嘴可提供32牛頓推力，產生Delta-V180米/秒。這些噴嘴也通過推力控制進行移動和旋轉控制。下降與着陸由三個（安裝於基座的長邊，呈120度分離布置）具有18個噴嘴的單組元聯氨推進劑發動機提供動力，推力於276牛頓至2667牛頓間可調。聯氨推進劑經過淨化，以防污染火星表面。着陸器於發射時攜帶86千克推進劑，盛裝於2個鈦質燃料箱中。燃料箱安裝於放射性衰變電池風擋的兩端。着陸器控制經由慣性部件、四個陀螺儀、空氣減速裝置、雷達高度表、下降與着陸雷達和推力控制。發射後與進入火星大氣層前，着陸器被熱護盾保護。熱護盾用於着陸器進入大氣層時進行氣動減速，也用於防治地球微生物污染火星表面。出於防範微生物污染考慮，着陸器經過7天華氏250度「烘培」消毒。發射時，一個「微生物防護罩」包裹着熱護盾，直到半人馬上面級將軌道器/着陸器聯合射出地球軌道後拋棄。這個為海盜號計劃開發的行星保護方法也用於其他任務。通訊經由一個20瓦特S波段發射機和兩個20瓦特行波管放大器。一個雙軸穩定高增益拋物面天線安裝在基座一側的吊竿上。一個全向低增益S波段安裝在基座上。二者均可直接與地球通訊。一個UHF波段（381MHz）天線提供由軌道器中繼的單工通訊。數據存儲於40兆位容量的磁帶記錄器中。着陸器計算機具有6000字容量的存儲器用於指令存貯。攜帶的儀器用於着陸器主要科學研究目的：生物研究、化學成分分析（有機與無機）、氣象、地震學、地磁學以及地貌、火星表面和大氣物理。儀器包括：兩個360度圓柱掃描相機安裝在基座長邊附近、自中部伸展的帶有收集探頭的採樣臂、溫度傳感器、磁體、氣象探測器。地面溫度傳感器、風向、風速傳感器裝置於一條支撐腿上。地震傳感器、磁體、相機測試目標、放大鏡安裝在相機背側，接近高增益天線。生物學實驗設備、氣像色譜分光鏡和X射線熒光分光鏡安裝在環境控制隔間中。氣壓傳感器安裝在着陸器底部。科學儀器總重91千克。

海盜項目共耗資10億美元。

任務結束[編輯]

海盜航天器最終逐一失效：

航天器	抵達日期	失效日期	持續運作時間	失效原因
海盜1號軌道器	1976年6月19日	1980年8月7日	4年1月19天	姿態控制推進劑耗盡後關閉
海盜1號着陸器	1976年7月20日	1982年11月11日	6年3月12天	錯誤的地面控制資訊清除了天線位置數據導致失去聯繫
海盜2號軌道器	1976年8月7日	1978年7月25日	1年11月18天	推進系統推進劑泄漏後關閉
海盜2號着陸器	1976年9月3日	1980年4月11日	3年7月8天	電池失效後關閉

海盜號計劃結束於1983年5月21日

生物學實驗結論[編輯]

海盜着陸器攜帶有生物學實驗裝置用以探測火星土壤中的生命，如果它們存在並能被檢測出來的話。生物學實驗包括氣相色譜-質譜儀、氣體交換、顯蹤釋出與熱解釋放。實驗由史丹福大學的Kevin Burrowes博士設計。最初的結論是肯定的，達到了NASA的某些生命檢測指標。但隨後的分析中，大多數科學家相信此結果由非生物化學反應導致。此原因仍在爭議當中。

氣相色譜-質譜儀並未發現大量的有機物，碳含量甚至比阿波羅計劃帶回的無生命的月壤還低^[6]。不過，美國宇航局的鳳凰號着陸器在2008年檢測到高氯酸鹽，它可以分解有機化合物。這可能致使其呈現假陰性^[6]，這致使科學家認為火星地表不太可能存在生命。

氣體交換實驗將檢測在注入水或營養素後火星土壤排放出的氣體1976年11月初，據報道，「在海盜2號上，氣體交換實驗產生了與海盜1號類似的結果。再次顯示出，當營養液與土壤接觸時，氧氣就會消失，而二氧化碳濃度就開始出現並持續不斷變高」^[7]。

考慮到前兩種實驗的陰性測試結果，顯蹤釋出實驗在第一次注入營養液後，土壤立即釋放出穩定的放射性氣體。這相當令人驚訝。該實驗分別由兩架海盜號探測器完成，海盜1號使用暴露在陽光下的地表樣本，第二架探測器則採集的岩石下樣本，最初的兩次注入都呈陽性反應。隨後，加熱兩份土壤樣本作滅菌對照測試。在攝氏160度下加熱3小時後的樣本，注入營養物時不釋放放射性氣體；在攝氏50度下加熱3小時的樣本，注入營養物後釋放的放射性氣體明顯減少^[8]。隨後，對攝氏10度下儲存了數月的樣品進行測試，顯示釋放的放射性氣體也顯著減少^[9]。這可能代表火星土壤中存在某種類似於地球上的微生物的生命。然而，在第二次、第三次加入營養素後，空氣中的放射性並未持續增加。根據噴氣推進實驗室的艾伯特·嚴（Albert Yen)的說法，在極端寒冷和乾燥的條件下，紫外線（記住：火星缺乏臭氧層，因此火星表面沐浴在紫外線的照射下）會導致二氧化碳與土壤發生反應，產生各種氧化物，包括高活性的超氧化物（含氧離子的鹽）。當它們與有機小分子混合時，超氧化物很容易將它們氧化成二氧化碳，這可能就是顯蹤釋出結果的原因。^[6]

在熱解釋放中，研究人員使用光、水和含有一定量的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）的含碳大氣氣體來模擬火星的環境。並用碳14(¹⁴C)來標記其中可能的有機物。如果存在光合生物，在將加熱實驗後的火星土壤至1400°C後，將檢測到放射性氣體。作為對照組，一些火星土壤將直接加熱，檢測其中的放射性氣體。維京1號熱解釋放實驗的初步評估結果是「分析結果顯示，有機物少但顯著形成」，並且滅菌對照沒有顯示有機物的證據，表明「這些發現可以歸因於生物活動」。然而，由於在加熱至90°C時，有機物仍在釋放，注入水蒸氣後有機物釋放卻被抑制與氣相色譜-質譜儀結果為陰性，當時的科學家認為火星土壤中不太可能有光和生物。^[10]^[11]然而，隨着氣相色譜-質譜儀結果越來越受到質疑，熱解釋放實驗結果再次被認為可能與生物活動一致，「關於熱解釋放實驗中明顯的少量有機物合成的解釋仍然無法完全被解釋清楚」^[12] 。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

^ 英漢天文學名詞，上海科教出版社，2000
^ 第六批天文学名词的推荐译名 (PDF). 天文學進展. 1997-03, 15 (1): 76–80 [2018-11-21]. （原始內容存檔 (PDF)於2018-11-22）.
^ Origins of Space-Related Names. alternatewars.com. 2011-08-08 [2018-11-21]. （原始內容存檔於2018-03-24）（英語）.
^ Origins of NASA Names NASA SP-4402 Page 94。原文：「..."Viking" was a suitable name in that it reflected the spirit of nautical exploration in the same manner as "Mariner",...」
^ 走近维京人——叱咤风云的勇士，才华横溢的诗人. Innovation Norway. [2018-11-20]. （原始內容存檔於2018-11-21）（中文）.
^ ^6.0 ^6.1 ^6.2 Plaxco, Kevin W.; Gross, Michael. Astrobiology: A Brief Introduction. JHU Press. 2011-08-12: 285–286 [2013-07-16]. ISBN 978-1-4214-0194-2. （原始內容存檔於2021-11-18）.
^ Burgess, Eric. New Scientist. Reed Business Information. 1976-11-04 [2022-02-19]. （原始內容存檔於2022-02-19）.
^ Levin, Gilbert; Straat, Patricia. Viking Labeled Release Biology Experiment: Interim Results. Science. 17 December 1976, 194 (4271): 1322–1329 [27 September 2020]. PMID 17797094. S2CID 24206165. doi:10.1126/science.194.4271.1322. （原始內容存檔於2021-06-23）.
^ Levin, Gilbert V.; Straat, Patricia Ann. Completion of the Viking labeled release experiment on Mars. Journal of Molecular Evolution. 1 March 1979, 14 (1): 167–183 [27 September 2020]. PMID 522152. S2CID 20915236. doi:10.1007/BF01732376. （原始內容存檔於2022-02-19）.
^ Schuerger, Andrew; Clark, Benton. Viking Biology Experiments: Lessons Learned and the Role of Ecology in Future Mars Life-Detection Experiments. Space Science Reviews. March 2008, 135 (1–4): 233–243. Bibcode:2008SSRv..135..233S. S2CID 189797714. doi:10.1007/s11214-007-9194-2.
^ Horowitz NH, Hobby GL, Hubbard JS. The viking carbon assimilation experiments: interim report. Science. December 1976, 194 (4271): 1321–2. Bibcode:1976Sci...194.1321H. PMID 17797093. S2CID 206569558. doi:10.1126/science.194.4271.1321.
^ Klein, Harold. The Viking biological experiments on Mars. Icarus. June 1978, 34 (3): 666. Bibcode:1978Icar...34..666K. doi:10.1016/0019-1035(78)90053-2.