卡西尼號完美收場背後的航天動力學

卡西尼號已經探索土星系統十三年了，並且已經改寫了這個有著行星環的行星及其衛星，在教科書當中的相關記錄。但是如今這個太空飛行器快燃料不足了。

根據NASA的行星保護準則，該任務最終會讓卡西尼號穿進土星的大氣層。下面這段視頻關於卡西尼號完美收場背後的航天動力學，由@柚子木字幕組 聽譯。

完美收場

位於噴氣推進實驗室的卡西尼號科學家們，希望卡西尼號能完成許多難以想像的科學，以及它之前無法完成的事情，當卡西尼號掠過土星頂部的時候，能夠比之前更細緻地研究土星北極的六邊形，並且能從土星和它的環之間穿過去，就像穿針引線一般。

陽光灑在土星北極的六邊形區域，2017年1月22日由卡西尼號飛船的廣角相機拍攝。

這意味著我們能夠測試環上的粒子，能夠知道更多它們的組成信息，我們還能測試土星的大氣，我們能夠對它的內部結構會有一個更好的了解。

這是我們和土星的最近距離的一次接觸了。當卡西系沖向土星大氣層時，儘可能多的獲取數據並且傳回地球。

在這之前，科學家和工程師們已經計劃了一個激動人心的完美收場。保證能得到整個任務當中最美妙的科學和圖片。所以他們將如何實現呢？

卡西尼號的完美收場需要經歷二十二個軌道，歷時6個月左右。

航天動力學的支持

為了能夠完成這些工程，能夠讓它從土星和它的環之間穿過去。這需要一些航天動力學的支持。

航天動力學是工程學的一個形式，當我們想到機械工程的時候，我們會想到人們利用物理和技術來造東西，而航天動力學是用來構建航天飛行器的運動軌跡。

卡西尼號會涉及到二十二個軌道，其中軌道的近拱點或者最近點，實際上就在土星大氣和環的最內層之間的縫隙里。

我們要做的是利用泰坦星最後的引力助推來設計軌跡，重力助推(Gravity assist)就是通常所說的引力彈弓效應，利用行星的引力場來給飛行器加速或減速。

重力助推

我們能夠跳過整個環系統，而將飛行器放在只有二百萬米縫隙的軌道上。引力助推就是利用了環繞另一個物體運動的那個物體的引力。

土衛六泰坦上空明亮的條狀雲帶，2017年5月7日由卡西尼號探測器拍攝，當時卡西尼距離土衛六泰坦表面約48.8萬公里。

對於卡西尼來說，泰坦星作為一個質量巨大的一顆衛星，繞著土星運轉，如果卡西尼號同時也繞著土星運轉，我就能飛到非常靠近泰坦星的地方，這取決於我是飛到前面還是後面，抑或上面還是下面，我們就能利用重力使飛行軌道發生彎曲，我們利用這樣的能量。

卡西尼的飛行軌道發生彎曲

當卡西尼利用最後一次掠過泰坦星之後，卡西尼號的命運就交給了它自己了。它將以任何它想給的方式給土星帶來影響。

5月15日，卡西尼號將進行它的第四次軌道俯衝。

最後，我們為什麼要這麼做呢？為什麼要讓飛行器墜毀在土星大氣層呢？這是為了保護土星的衛星。

例如，土衛二恩克拉多斯（Enceladus），在地表下面有海洋，也許這個舒適的地方恰好就適合微生物生存。

土衛二恩克拉多斯

而我們的航天飛行器，有很大的概率攜帶有從地球上帶來的微生物，我們希望在未來的任務來探索它之前，這顆衛星還能保持原狀。

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