人類的航天史是一部曆史長篇，其中不乏感人至深的偉(wei) 大奇跡，也有慘痛而壯烈的失敗和事故。有一些航天項目從(cong) 始至終順風順水，順利地完成了既定的目標。有一些剛發射就出現了致命的故障，項目也被迫終止了，留下了很多遺憾。和上麵的情況不同，“伽利略號”號飛船從(cong) 立項開始就磕磕絆絆，發射之後還出現了各種問題，真可謂命運多舛。雖然各種艱難險阻，科學家們(men) “逢山開路，遇水架橋”，解決(jue) 了一個(ge) 又一個(ge) 的問題，讓這個(ge) 飛船成功地完成了自己的使命。

　　　被寄予厚望的“伽利略號”

　　“伽利略號”是美國宇航局的一個(ge) 木星探測飛船。和之前其他探測飛船（比如旅行者號）不同，它不是簡單地飛掠過木星，而是要進入環繞木星的軌道，對木星和它的衛星們(men) 進行長期觀測。

　　“伽利略號”的名字來源於(yu) 著名的意大利天文學家和物理學家伽利略，16世紀伽利略第一次把望遠鏡對準天空，發現了很多星空中的奧秘，比如木星的衛星，為(wei) 糾正當時錯誤的世界觀提供了有力支持。可以毫不誇張地說，伽利略天文觀測取得的新發現是人類進步的基石。飛船以伽利略的名字命名，說明科學家們(men) 對它寄予厚望。

　　著名物理學家伽利略（圖片來源：維基百科）

　　從(cong) 外形上看，伽利略號飛船和其他幾個(ge) 深空的探測器非常相似，都是由一個(ge) 大鍋狀天線和飛船的主體(ti) 組成。主要的科學探測載荷都安裝在主體(ti) 上，有幾根杆從(cong) 主體(ti) 向外伸出。其中一個(ge) 伸杆頂部裝有核能電池，這個(ge) 為(wei) 飛船提供能源的核能電池也給伽利略號本來“不幸”的命運增添了幾分的“悲劇”，當然這是後話。飛船的底部有個(ge) 小型的木星大氣探測器，在飛船抵達木星附近後小探測器會(hui) 直接墜向木星，探測木星的大氣構成等。

　　（圖片來源：NASA）

　　1977年10月，“伽利略號”通過國會(hui) 批準，相當於(yu) 國內(nei) 航天人常說的工程立項。不過當時這個(ge) 計劃並不叫“伽利略號”，而是叫木星環繞探測器，1978年才正式更名為(wei) 伽利略號。項目最初計劃花四年左右的時間完成飛船的研製工作，82年發射飛向木星。按照這個(ge) 計劃，伽利略號將在1984年開始環繞木星。計劃總是趕不上變化快，由於(yu) 種種原因，伽利略號一再延期，直到1989年成功發射，整個(ge) 研製過程長達12年，中間經曆了多次磨難和反複。

　　伽裏略號探測木星（圖片來源：NASA）

　　磨難一：難以抉擇的上麵級

　　項目研製初期在上麵級的選擇上“折騰”開啟了伽利略號不安穩的命運旅程。上麵級其實是一個(ge) 小型火箭，在深空探測器發射過程中，通常大型運載火箭將飛船和上麵級送到環繞地球的軌道，然後上麵級接力工作讓飛船飛向探測目標。如果把飛船飛抵木星的過程比作從(cong) 北京出發到山西的一個(ge) 小山村，需要先乘坐高鐵抵達縣城，然後乘坐三蹦子走小路去山村。運載火箭相當於(yu) 高鐵，上麵級就是三蹦子。

　　伽利略號可供選擇的上麵級有兩(liang) 個(ge) ，一個(ge) 是波音公司生產(chan) 的采用固體(ti) 燃料的“慣性上麵級（IUS）”，另一個(ge) 是使用液體(ti) 燃料的半人馬上麵級。伽利略號研製初期在這兩(liang) 個(ge) 上麵級中反複來回修改，總讓人想起瓊瑤劇中在兩(liang) 個(ge) 女主中搖擺不定的男主角。

　　最初的方案選擇了“慣性上麵級”（女一號）。這個(ge) “女一號”有個(ge) 響亮的外號：“百分之一百零九”，因為(wei) 它常常產(chan) 生超出設計值的推力。不過選擇固體(ti) 上麵級並不是因為(wei) 推力，而是出於(yu) 安全考慮。伽利略號利用航天飛機發射，半人馬上麵級（女二號）因為(wei) 使用液體(ti) 燃料，在航天飛機中有可能爆炸，給飛機上的乘員帶來危險。

　　固體(ti) 上麵級雖然推力大，不過工作時間短，實際運載能力反而不如液體(ti) 上麵級，就像一個(ge) 短跑選手，爆發力強，耐力卻不足。受上麵級的運載能力限製，科學家們(men) 一度考慮將伽利略號的環繞器和木星大氣探測器分開發射。這樣增加了工程的複雜度，也需要花費更多的經費；另一方麵，波音公司也表示，研發上麵級的經費需要在原計劃的基礎上增加１億(yi) 美元。

　　在這一係列問題影響之下，備胎“女二號”的機會(hui) 來了。項目組決(jue) 定放棄慣性上麵級，轉而采用半人馬上麵級。半人馬一直以來保持著很好的發射成功記錄，另外除了運載能力強以外，液體(ti) 上麵級也有其它優(you) 點。它不像固體(ti) 上麵級那樣點火瞬間產(chan) 生巨大的衝(chong) 擊力，這個(ge) 衝(chong) 擊力有時候甚至會(hui) 毀壞飛船或者飛船上的部件。另外液體(ti) 上麵級可以多次點火，易於(yu) 控製；固體(ti) 上麵級正好相反，一旦點火後必須等燃料用盡才能關(guan) 機。讓科學家們(men) 最高興(xing) 的是，可以把木星大氣探測器和木星環繞器一起發射，成本降低，工程方案也更簡單。不過更換了上麵級方案，伽利略號需要更長的研製時間。

　　而這隻是瓊瑤劇中男主感情的第一次搖擺，搖擺還會(hui) 繼續。“伽利略號”很快遭遇了一次非技術原因產(chan) 生的沉重打擊。80年代初，裏根政府為(wei) 了減少財政赤字，平衡預算，不得以砍掉了NASA一半的經費。大幅度的經費消減將迫使美國宇航局放棄一些科學探測任務，伽利略也不幸被列入其中，整個(ge) 項目麵臨(lin) 著生死存亡的考驗。為(wei) 了保住這個(ge) 項目，科學家們(men) 進行了反複的申訴。伽利略號是美國NASA一項大型的深空行星探測任務，有2000多個(ge) 科研人員參與(yu) 這個(ge) 項目的研製。如果取消這個(ge) 項目，參加項目的工作人員都麵臨(lin) 著失業(ye) 的危險。另外伽利略號是當時唯一的行星探測任務，有重大的科學意義(yi) ，放棄這個(ge) 項目還會(hui) 導致美國深空探索的技術出現斷檔。最終財政部同意保留伽利略號木星探測項目，不過停止了對半人馬上麵級研發的支持，“女二號”的地位又一次出現了危機。

　　“半人馬上麵級”性能優(you) 異，成功率高，但是價(jia) 格昂貴，財政部為(wei) 了平衡預算限製它也是不得以，工程師們(men) 又回到原來使用慣性上麵級的老方案上。為(wei) 了彌補慣性上麵級的運載能力，科學家們(men) 在上麵級前麵增加了一個(ge) 助推級，就這樣還是不能達到飛抵木星。無奈之下，科學家們(men) 想到了深空探測中慣用的一招，行星借力（也稱為(wei) 引力彈弓）。讓飛船靠近借力金星，利用金星的引力來加速飛船，以彌補運載能力的不足。因為(wei) 金星借力需要額外的時間，飛到木星需要大約四年。

　　劇情很快又一次反轉，這次“女二號”半人馬上麵級有美國空軍(jun) 的支持，願意提供經費支持半人馬上麵級的研發工作。美國空軍(jun) 有自己的考慮，半人馬上麵級可能會(hui) 用在空軍(jun) 其他發射計劃中，出資研發半人馬，其實是羊毛出在羊身上。另一方麵，采用半人馬能使飛船直接飛向木星，無須借力，抵達木星隻需要兩(liang) 年左右。科學家們(men) 也希望采用更快的方案。第一階段的上麵級之爭(zheng) 暫時以“女二號”勝出結束。

　　磨難二：挑戰者號失事引發的連鎖效應

　　雖然反複折騰，項目研製進程一再延期，在1985年底伽利略號還是完成了研製。1985年12月，伽利略號從(cong) 加州的噴氣動力實驗室出發，踏上了前往發射基地的征途。旅途中除了加油和吃飯，運送隊伍一刻也不敢停歇，除了擔心交通意外，也怕遇到環保主義(yi) 者示威或者恐怖襲擊。經過四千多公裏的漫長旅途，終於(yu) 平安抵達了位於(yu) 佛羅裏達州的發射基地。然而，旅程中長時間的顛簸給後麵的天線故障埋下了隱患。

　　如果挑戰者號沒有失事，伽利略號將在1986年5月和上麵級火箭一起將搭乘亞(ya) 特蘭(lan) 蒂斯號航天飛機升入太空，在1988年10月抵達木星，開始探測木星。事與(yu) 願違，1986年1月28日挑戰者號臨(lin) 空爆炸，造就了美國航天史上最慘痛的失敗，七名宇航員全部遇難。失事後所有航天飛機停飛，包括伽利略號準備搭乘的亞(ya) 特蘭(lan) 蒂斯號。伽利略號的發射擱淺了，被運回加州噴氣動力實驗室。

　　挑戰者號失事後，伽利略號再次進行方案複核，以確保發射能安全進行。原計劃中使用液體(ti) 燃料的半人馬上麵級再次被“慣性上麵級”替換，“女一號”終於(yu) 成功打敗了“女二號”，坐穩了正選位置。不過之前也講過，“女一號”運載能力不如“女二號”，由於(yu) 地球、金星位置的變化，原先設計的金星借力的方案已經無法實現，“伽利略號”看來是無法抵達木星了。

　　經過反複計算，軌道團隊又設計了一個(ge) “金地地借力飛行”的方案。伽利略號先通過金星借力，然後兩(liang) 次地球借力，最終獲得足夠的速度飛向木星。這個(ge) 方案除了需要花費更多的時間，飛船靠近金星借力，會(hui) 讓伽利略號長時間在距離太陽比較近的地方飛行，為(wei) 防止過熱，飛船加裝了防護罩保護儀(yi) 器，這時候的伽利略號才變成前文圖中的樣子。不過誰都沒想到，這個(ge) 兩(liang) 次經過地球的方案引來了環保組織巨大的抗議，伽利略號也險些不能發射。

　　伽利略號從(cong) 地球出發，利用一次金星和兩(liang) 次地球借力抵達木星（圖片來源：NASA）

　　環保組織為(wei) 什麽(me) 反對科學探測？早期就有環保組織反對載有核燃料的飛船上天。那一代人相當長的時間裏生活在核戰爭(zheng) 的陰影下，核就是原罪。之前的先驅者十號、十一號和旅行者號也采用了相同的核能電池，已經證明這項技術是安全可靠的，所以環保組織的反對並沒有造成多大影響。但是挑戰者號失事給了環保組織更多反對理由，兩(liang) 次地球借力飛行意味著這個(ge) 帶有核燃料的飛船在發射到太空中後會(hui) 兩(liang) 次飛回地球附近，也加大了風險。伽利略號搭乘的亞(ya) 特蘭(lan) 蒂斯號航天飛機會(hui) 不會(hui) 也像挑戰者號一樣當空爆炸？即使成功發射，在借力的過程中會(hui) 不會(hui) 控製不好撞向地球？上麵任何一種情況發生，反射性的核燃料會(hui) 不會(hui) 散布到全球？

　　這種擔憂也不無道理。如果按重量計算，飛船上核燃料足以毒死當時世界上所有人，這更加堅定了環保組織阻撓發射的決(jue) 心。一方麵，環保組織在報紙上製造輿論，很多人相信發射伽利略號可能會(hui) 帶來全球性的巨大災難，而且不得不承認，有時候偽(wei) 科學比科學更容易傳(chuan) 播。另一方麵，環保組織還向法庭申請禁止令，禁止伽利略號發射。更有少數極端分子試圖通過防護欄靠近準備發射中的火箭，“人肉”阻止伽利略號發射。

　　麵對環保組織的淩厲攻勢，科學家們(men) 見招拆招。著名的天文學家康奈爾大學卡爾薩根教授撰文解釋，說明科學家在計算航天器軌道時非常謹慎，負責行星借力計算的團隊非常有經驗，出現飛船撞上地球的機會(hui) 非常非常小。而且工程師們(men) 加固了核能電池的外殼，即使飛船像挑戰者號一樣當空爆炸，這個(ge) 外殼也不會(hui) 被損壞，核燃料也將被完整地回收，不會(hui) 汙染環境。在法庭上，科學家團隊也據理力爭(zheng) ，環保組織的禁止令申請被駁回。為(wei) 了應付少數的極端分子，發射基地周圍加強了保安。

　　（圖片來源：NASA）

　　挑戰者號事故過去後三年，終於(yu) 等來了那個(ge) 激動人心的日子。1989年10月17日，伽利略號開始發射倒計時。可惜天不作美，大片的雲(yun) 霧籠罩發射基地的上空，發射被推遲到第二天。屋漏偏逢連夜雨，當天一場7.1級的地震襲擊了北加州，震中離位於(yu) 加州的上麵級指揮中心隻有幾英裏。指揮中心的工作人員趕緊撤離，伽利略號發射眼看又要推遲。當天晚上，指揮中心的工作人員冒險回到工作崗位，發射才能順利進行。伽利略號終於(yu) 在10月18日下午搭乘亞(ya) 特蘭(lan) 蒂斯號航天飛機發射升空。

　　發射成功後，剛上任的伽利略號項目經理斯皮哈斯基（Spehalski）這樣說，“伽利略號的成功發射，是我們(men) 中很多個(ge) 人和團隊長年努力和堅持換來的，此時此刻，我們(men) 的心情無以言表...我有幸參加到這個(ge) 團隊目睹了各種竭盡心力的操勞。整個(ge) 過程中我看到的專(zhuan) 業(ye) 精神、合作精神和奉獻精神鼓舞人心，也值得堅持。”寫(xie) 到這裏，筆者覺得興(xing) 許他更想說，“我的天！總算是發射了，要不然還不知道會(hui) 出什麽(me) 幺蛾子。”

　　　　磨難三：不聽話的天線和磁帶機

　　在經曆了挑戰者號失事，環保組織反對，伽利略號終於(yu) 成功發射，踏上了飛向木星的漫長旅途，但是厄運和挑戰並沒有結束。1991年，伽利略號完成金星借力朝地球進發的途中，科研人員發出了展開高增益天線的指令（就是那口鍋），飛船發射時天線像雨傘(san) 一樣處於(yu) 收攏的狀態，等收到指令天線展開之後會(hui) 給地麵發送一個(ge) 確認信號，可惜這個(ge) 信號一直沒有到來。高增益天線由18根杆構成，後麵調查發現其中三個(ge) 杆未能完全伸展到位，這個(ge) “鍋天線”看起來就像一把壞雨傘(san) 。高增益天線是飛船從(cong) 遙遠的深空和地球通訊的，通常也稱為(wei) 深空天線。失去了深空天線將意味著飛船進入深空後將無法和地麵取得聯係，飛船距離地球數萬(wan) 到數百萬(wan) 公裏，修複天線也是困難重重。正如事後負責伽利略號的項目科學家回憶，他去給項目組的成員匯報發生的狀況，還要盡力鼓勵大家，項目還在…

　　（圖片來源：NASA）

　　是什麽(me) 原因導致伸杆展開失敗？天線展開是通過電機帶動活動螺栓完成的，顯然有幾個(ge) 活動螺栓卡在了栓套中。螺栓表麵塗有潤滑塗料，本來電機的力足夠拔出螺栓。之前我們(men) 提到過，飛船在發射前經曆了幾次從(cong) 西部到東(dong) 部長途旅行，另外發射時和上麵級點火都會(hui) 產(chan) 生巨大的衝(chong) 擊力，使得螺栓和栓套之間相互摩擦，磨掉了一部分光滑塗層，增大了螺栓的摩擦力，因此被卡住，伸杆也無法展開。盡管這時候飛船遠在數萬(wan) 公裏以外，但找出原因的科學家們(men) 信心滿滿，相信他們(men) 有辦法將天線展開，因為(wei) 他們(men) 有幾套折騰天線的方案。

　　第一招是將天線的展開機構長時間置於(yu) 太陽下暴曬，再將它置於(yu) 陽光防護罩的陰影中，讓它冷卻，希望通過熱脹冷縮來讓天線解套。這招都失敗後，他們(men) 又將天線展開機構進行極限旋轉，還試圖通過飛船的火箭製造衝(chong) 擊力。隨後科學家們(men) 打出了一套組合拳，冷熱循環加上旋轉，結果還是未能將天線修複。

　　幸運的是，伽利略號還有一套用於(yu) 飛船離地球較近時通信的低增益天線。現在高增益天線無法工作，隻能讓低增益天線挑大梁。當然低增益天線的數據傳(chuan) 輸能力要低很多。這時候，另外兩(liang) 項技術彌補了天線的數傳(chuan) 能力，一是數據壓縮技術，飛船利用程序對探測的數據進行了壓縮，然後再發送回地球，另外，地麵接收和發射天線的能力也有提高。雖然不能達到飛船設計的數據傳(chuan) 輸效率，科學家們(men) 仍然可以獲得大量探測數據用於(yu) 研究。

　　就像經曆了九九八十一難的取經隊伍一樣，伽利略號終於(yu) 在1995年12月7日抵達木星附近。在抵達木星之前的5個(ge) 月，“伽利略號”就釋放出小型的木星大氣探測器。到12月的時候，木星大氣探測器撞向木星，人類第一次通過探測器觸摸了木星濃密的大氣層。這一段時期伽利略號工作順利，可是很快，另一個(ge) 問題就出現了。

　　（圖片來源：NASA）

　　這次伽利略號的故障出現磁帶機上。那個(ge) 年代內(nei) 存條還沒有廣泛應用，磁帶機是計算機0用來存儲(chu) 數據的主要手段。如果高增益天線工作正常，所有的數據都能及時傳(chuan) 回地球，磁帶機也就沒那麽(me) 重要了。現在高增益天線不能正常工作，很多數據都需要先存儲(chu) 在磁帶機上，然後選擇最有價(jia) 值的數據傳(chuan) 回地球，磁帶機卡帶就成了很嚴(yan) 重的問題。

　　發現磁帶機卡帶的時候正好是伽利略號第一次靠近木星衛星歐羅巴和伊奧的時候，項目組不得不放棄給這兩(liang) 個(ge) 木衛拍照的計劃，避免造成磁帶機不可修複的損傷(shang) 。幸運的是，科學家們(men) 發現磁帶機隻是因為(wei) 大部分磁帶被卷到一邊轉軸上而暫時卡帶。找到問題根源之後，科學家們(men) 很快決(jue) 定，為(wei) 了避免發生類似問題，磁帶機隻使用中間部分磁帶來記錄數據，而靠近兩(liang) 端的部分磁帶固定纏繞在轉軸上以保證磁帶機的正常轉動。問題雖然得到了解決(jue) ，但是非常珍貴的伽利略號首次靠近木星的照片被永遠封存在不用的磁帶部分中，再也沒有機會(hui) 傳(chuan) 回地球。

　　（圖片來源：百度百科）

　　“取經”成功

　　經過了上麵級選角的來回折騰，挑戰者號航天飛機失事發射延誤，環保組織的阻撓，深空天線展開機構失靈，還有接近木星後磁帶機故障，伽利略號終於(yu) 成功抵達木星，開展探測，取得了很多有趣的觀測成果，包括於(yu) 對木星及小行星和木星衛星的研究。

　　伽利略號穿越了小行星帶時，在1600公裏的距離上拍到了一張小行星加斯普拉的照片，這也是當時世界上最清晰的小行星照片。和地球火星這樣的大行星不同，小行星看起來就像一個(ge) 形狀怪異的土豆，上麵還布滿了大大小小的隕石坑。

　　小行星加斯普拉（圖片來源：NASA）

　　伽利略號在經過一個(ge) 小行星Ida（中文名愛達）時發現它居然也有衛星。小行星通常是沒有衛星的，大行星中金星和水星也沒有衛星。大行星本身質量比較大，容易捕獲周圍的天體(ti) ，而這個(ge) 小個(ge) 頭的天體(ti) 居然也有衛星引起了科學家的興(xing) 趣。

　　小行星Ida和衛星（圖片來源：維基百科）

　　伽利略號對木衛一伊奧的火山活動進行了係統的觀測，發現伊奧上的火山活躍程度比地球上的火山高出100倍，還發現木衛三蓋尼米得上居然和地球一樣有整體(ti) 磁場，這是第一次發現有內(nei) 稟磁場的衛星。當然最令人稱奇的發現是關(guan) 於(yu) 木衛二歐羅巴上的地下水的發現，歐羅巴地表之下有一個(ge) 大麵積的地下湖，通過計算發現，這個(ge) 地下湖的含水的總量幾乎和地球上水的量相當。由於(yu) 有水的存在，科學家們(men) 猜測這個(ge) 星球上可能有生命生存。

　　“伽利略號”一直運行到2003年9月，那時它所帶的燃料接近枯竭，科學家們(men) 將不能有效地控製它的飛行軌道。為(wei) 了避免伽利略號上的核燃料汙染可能存在生命的星球，伽利略號在地麵引導下撞向木星，完成了它的坎坷曆程。盡管經曆了很多波折，伽利略號飛船在科學家的堅持不懈的努力下工作到了最後。對那些為(wei) 了這個(ge) 項目日夜操勞的科學家和工程師來說，支持他們(men) 的不僅(jin) 僅(jin) 因為(wei) 這是一份工作，而是他們(men) 畢生為(wei) 之奮鬥的事業(ye) ——人類征服太空的偉(wei) 大夢想。

　　參考文獻

    劉勇《深空探測器》　北京理工大學出版社出版2019 MichelMeltzer,MissiontoJupiter:AhistoryofGalileoProject2007　

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