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歐洲和日本合作的水星探測器BepiColombo即將發射升空，奔赴這顆距太陽最近的行星。BepiColombo是第一艘採用離子推進器的行星際飛船。在長達7年的水星之旅中，離子推進器將運轉4年半，所噴射的等離子體速度可達到每小時9萬英里（約合每小時15萬公里）。在BepiColombo的幫助下，科學家有望揭開水星的一系列謎團。

BepiColombo將於本月奔赴水星，是第一艘採用離子推進器的行星際飛船

10月20日，歐洲和日本合作打造的一艘飛船將奔赴水星，執行具有挑戰性的水星探索任務。這顆探測器名為BepiColombo，是第一艘採用離子推進器的行星際飛船。離子推進器的燃效遠超汽油發動機，燃燒1加侖（約合4。5升）燃料可飛行1780萬英里（約合2865萬公里）。在長達7年的水星之旅中，離子推進器將運轉4年半。

雖然離子推進器噴射的等離子體速度驚人，但產生的推力卻很小，允許BepiColombo在長時間飛行中保持很高的燃效

採用離子推進器

離子推進器噴射的等離子體速度可達到每小時9萬英里（約合每小時15萬公里）。

雖然等離子體的速度驚人，但產生的推力卻很小

，允許BepiColombo在長時間飛行中保持很高的燃效。在任何時候，BepiColombo的發動機都能產生290毫牛頓推進力。

空中客車防務及航天公司專案負責人傑夫·博爾特表示：“我們很早就意識到如果想讓BepiColumbo按照我們預想的那樣從地球奔赴水星，我們需要研發一種效率極高的推進系統。

如果我們使用化學推進系統，需要17公噸推進劑。相比之下，離子推進器只需要581公斤推進劑

，燃燒1加侖燃料可飛行1780萬英里。”BepiColombo的動力系統“水星運載模組”（MTM）在這家公司組裝。

利用“信使”號觀測資料繪製的水星地形圖，紫色區域地勢較低，紅色區域地勢較高

博爾特指出BepiColumbo的驅動裝置異常複雜，涉及到大量複雜精密的電腦控制電子裝置，用於控制燃料消耗速度和壓力。它的動力系統採用英國國防科技公司QinetiQ提供的4臺T6離子發動機。這些發動機會電離惰性氣體氙，剝離氙原子的一個電子，讓它們帶上一個正電荷。

離子發動機曾用於環繞地球的衛星和小行星探索任務。BepiColombo是第一項採用該技術的行星際探索任務。BepiColombo的一顆軌道器由空客防務及航天公司在其位於赫特福德郡斯蒂夫尼奇的裝配中心製造，另一顆軌道器在日本製造。

這項任務的成本估計達到16億歐元

，將於20日發射升空。與歷史上的其它任何行星際飛船不同，BepiColombo採用具有未來派色彩的離子推進系統。該系統在英國設計製造。

德國達姆施塔特的歐洲航天操作中心，任務控制人員正在做BepiColombo發射前的準備工作

歐日軌道器雙管齊下

BepiColombo的離子發動機噴射高速等離子體，為飛船提供推力。雖然離子發動機產生的力很小，遠不及化學火箭，但能夠運轉很長時間。BepiColombo重4公噸，將由歐洲航天局最強大的阿麗亞娜5型火箭，從法屬蓋亞那庫魯的歐洲太空港發射升空。

BepiColombo將在太空中跋涉7年，總行程達到52億英里

（約合85億公里），包括環繞地球、金星和水星進行的一系列複雜的引力輔助飛掠。在朝著太陽行進過程中，這艘飛船將利用離子發動機和飛掠提升速度，或者進行制動以克服太陽的強大引力。

在穿過水星軌道並6次飛掠這顆行星後，BepiColombo將於2025年抵達目的地

。

根據科學家提出的理論，水星早年曾遭受一次猛烈撞擊，摧毀了大部分地幔

在此之後，歐洲航天局的水星行星軌道器（以下簡稱MPO）和日本宇宙航空研究開發機構的水星磁層軌道器（以下簡稱MMO）將分離，對水星這顆科學家知之甚少的行星進行為期兩年的勘測。MPO將繪製水星地表化學和地質特徵的全球地圖，MMO將研究水星的內部構成和磁場。

水星成像X射線光譜儀（以下簡稱Mixs）是MPO的關鍵儀器之一，由萊斯特大學設計製造。Mixs長1米，重13公斤，由兩個X射線望遠鏡構成，一個用於地表成像，一個分析地表構成。

迄今為止，只有兩艘飛船造訪過水星——美國宇航局的“水手10”號和“信使”號探測器

。1974年至1975年，“水手10”號3次飛掠水星。2011年至2015年，“信使”號環繞水星飛行，拍攝了大量地表照片。博爾特表示：“美國宇航局的‘信使’號是曾經造訪水星的兩艘飛船之一。它是一艘重量極輕的飛船，觀測能力無法與BepiColombo相提並論。在科學家眼裡，‘信使’號只是開胃小菜，BepiColombo才是主菜。”

BepiColombo的水星行星軌道器

全副武裝 以策萬全

博爾特說：“2006年起，我便參與這項計劃。到了發射的那一天，我的心情一定會非常複雜。讓飛船順利發射是整個任務的第一步，也是最為關鍵的一步。發射後，你便開始擔憂，擔心能否與飛船順利通訊，飛船又能否獲得足夠的動力。不管怎樣，這都是一項令人感到興奮的任務。”

BepiColombo專案科學家面臨的一大挑戰是，

如何讓飛船經受住超過350攝氏度的高溫考驗

。在希臘神話中，伊卡洛斯不顧一切飛向太陽，結果因距離太近翅膀融化，最後葬身大海。如果沒有足夠強大的防護系統，BepiColumbo的軌道器也將面臨同樣的厄運。

MPO將繪製水星地表化學和地質特徵的全球地圖，MMO將研究水星的內部構成和磁場

為了確保萬無一失，科學家為BepiColumbo裝備了一個熱防護盾，由陶瓷和鈦打造的多層隔熱層以及內充氨的熱導管，導管負責將熱量匯入始終背向太陽的散熱器面。此外，MMO還會透過旋轉，防止任何一面出現過熱現象。博爾特指出：“我們讓飛船擁有安全的內部環境，各種電子裝置將在常溫下運轉。”

Mixs專案科學家艾瑪·布塞表示：“關於水星，仍有一些有趣的怪異現象是我們尚未了解的。‘信使’號為我們提供了大量資訊，但提出的問題更多。水星是一顆既讓人感到興奮，又讓人感到莫名其妙的星球。BepiColombo以已故義大利科學家、帕多瓦大學工程師朱塞佩·貝皮·科倫坡的名字命名。1974年，科倫坡曾領導“水手10”號水星探索任務。作為歐洲的第一項水星任務，BepiColombo將利用所攜的一系列儀器對水星進行勘測，以揭示水星的一系列謎團。

BepiColombo由兩顆軌道器構成，一顆由歐洲製造，另一顆由日本構造。抵達水星後，兩顆軌道器將分離

力求揭開一系列謎團

水星遭到來自太陽的高能亞原子粒子的猛烈轟炸，導致地表放射X射線熒光。透過對這些光線中的原子“指紋”進行分析，科學家能夠獲取水星構成的相關資訊。

水星擁有一個異乎尋常的巨大鐵核，體積超過地球、火星和金星核心的“金屬心臟”

。布塞教授指出：“這說明水星在演化史的早期有過戲劇性遭遇，例如另一顆天體的猛烈撞擊，剝離掉大部分地幔。根據‘信使’號的觀測，水星表面存在大量揮發性物質。這是一個不解之謎，因為猛烈撞擊產生的熱量會把這些揮發物燒得乾乾淨淨。我們的其中一項任務就是對納、鉀和氯等揮發性物質進行更細緻研究。”

儘管沒有陽光普照，水星的“暗面”仍出現X射線熒光

。這也是一個不解之謎。科學家認為這些熒光一定由一個不同於陽面的過程產生。布塞指出：“暗面的X射線似乎由磁場調控和引導。來自磁氣圈的電子在磁場的引導下撞擊地表，形成X射線熒光。這有點像出現在地表的極光。這是太陽系內一個非常令人興奮的現象，值得我們深入研究。”

藝術概念圖，BepiColombo的兩顆軌道器環繞水星飛行

為了保護Mixs免遭高溫侵襲，Mixs的鏡頭採用鋁塗層，支撐架覆蓋一層薄薄的22克拉黃金。布塞指出：“我們希望瞭解太陽系如何運轉和如何形成。水星是太陽系內的一顆極端星球。它的個頭很小，距離太陽最近。瞭解水星如何倖存至今有助於我們描繪出一幅更完整的圖畫，進一步瞭解太陽系。”

“信使”號任務帶有侷限性，因為它只有一顆軌道器，同時只對水星北半球進行觀測。

BepiColombo將對整個地表進行測繪

。雖然這項任務耗資16億歐元，但布塞指出BepiColombo對科技研發領域的積極影響以及所能帶來的科學發現將證明它是一艘“物有所值”的飛船。“

修一段連線萊斯特和伯明翰的公路可能就需要10億英鎊，而我們做的卻是解答與太陽系有關的基本疑問

。”

布塞承認隨著BepiColombo的發射進入倒計時，她的心情愈發複雜。“既感到非常興奮，又有一絲恐懼。過去10年時間裡，我們的工程和技術團隊付出了很多努力，所有的心血、汗水和眼淚都是為了將BepiColombo置於火箭之上，而後順利奔赴水星。我們對此次水星之旅充滿期待。”

博科園-科學科普｜文： 科林·費爾南德斯/漫步宇宙/qqtaikong

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