八年跋涉后，欧洲 BepiColombo 任务抵达水星最终进场阶段
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本周，BepiColombo 任务在前往水星——太阳系最内侧边境那颗难以抵达、炽热滚烫的钢铁世界——八年星际航行的最后阶段中，跨越了一个重要里程碑。
这项耗资近 20 亿美元的机器人科学任务由欧洲空间局主导，日本和美国亦有贡献。自 2018 年发射以来，BepiColombo 借助等离子推进与一系列飞掠地球、金星和水星的组合机动，螺旋式逼近太阳。这些机动改变了飞船的速度，并将其导向今年晚些时候与水星的最终相遇。
下次抵达水星时，BepiColombo 的速度将恰好合适，让水星引力能将飞船捕获至环绕轨道。从事星际任务的科学家早已习惯漫长的等待以换取科学回报。NASA 的 New Horizons 探测器从地球飞往冥王星耗时近十年。事实证明，前往行动迅捷的水星并进入其轨道，比发射探测器飞掠冥王星需要更多能量——即更大的速度增量（delta-v）。
正因如此，BepiColombo 的轨迹需要史无前例的九次行星飞掠（重力助推），才能为今年晚些时候进入水星轨道做好准备。此外，BepiColombo 发射时搭载了有史以来最强力的深空电推进系统，配备四台栅格离子推进器，用以在每次飞掠之间重塑其太阳轨道。
BepiColombo 距离旅程终点仅剩数月，不再需要等离子引擎。周四，BepiColombo 抛掉了包含离子推进器的飞船舱段。这部分被称为水星转移舱（Mercury Transfer Module），负责在整个八年巡航期间为 BepiColombo 供电并提供推力。
但推进模块已经完成了使命，BepiColombo 需要在 11 月进入环绕轨道前把它甩掉。这趟任务的特殊之处在于，它其实由三个航天器叠装而成：欧洲建造的水星转移模块（Mercury Transfer Module）和水星行星轨道器（Mercury Planetary Orbiter），以及日本建造、昵称 Mio 的水星磁层轨道器（Mercury Magnetospheric Orbiter）。
周四推进模块分离后，欧洲和日本的两个轨道器仍结伴飞行。两者将在 12 月、也就是进入水星初始轨道后不久，彼此分开。两个轨道器各自携带科学观测仪器，而转移模块则成了无用的死重。
水星转移模块上的监控相机在 2025 年 1 月 8 日的一次飞掠中拍下了水星布满陨石坑的表面。
图片来源：
ESA/BepiColombo/MTM
严酷的环境
像 BepiColombo 这样在如此严酷的环境中进行的受控拆解，此前从未有人尝试过。转移模块的分离发生在距太阳 3900 万英里（6300 万公里）处，不到日地距离的一半，那里温度极端、太阳辐射强烈。
ESA 内太阳系任务运营负责人 Ignacio Tanco 告诉记者，这项挑战“相当于发射一艘新航天器”，出现问题的“风险相当大”。抛掉转移模块后，剩余航天器必须接管发电、推进、指向和热控等全部工作——在离太阳这么近的地方飞行，热控尤其令人担忧。
“只有分离成功后我们才能真正看到，届时姿态控制系统将启用多种新传感器和机构，”Tanco 说。
在前往水星途中，包括最佳相机在内的多项科学仪器一直被推进舱遮挡。“只有脱离转移舱后，这些仪器才能首次获准观测，”Tanco 说。
周四的初步迹象显示一切按计划进行。航天器执行预设指令断开转移舱，四个弹簧将两部分推开。遥测数据显示，水星行星轨道器的太阳翼已正常发电。
“巡航阶段太阳翼未受光照，”ESA 的航天器操作经理 Elsa Montagnon 表示，“我们现在确认航天器电源余量充裕，太阳翼正在为分离期间放电的电池充电，这是非常好的消息。”
水星之旅并非一帆风顺。2024 年，BepiColombo 的离子推进器功率部分下降，工程师因此将巡航阶段延长一年以弥补推力损失。自离开地球以来，BepiColombo 已飞行超过 60 亿英里（100 亿千米），预计将于 11 月 21 日机动进入水星轨道。
“这是一项极具雄心的任务，”ESA BepiColombo 任务经理 Santa Martinez 表示，“水星是一个极具挑战性的目的地，难以抵达，也因接近太阳的极端环境而难以操作。但这项任务真正独特之处在于：空间探索史上首次将两艘航天器送入行星附近，并将它们送入这颗神秘天体的轨道。这将为人类和科学界带来前所未有的水星观测视角，也为我们的太阳系认知翻开新篇章。”
BepiColombo 任务以意大利数学家兼工程师朱塞佩·科隆博（Giuseppe "Bepi" Colombo）的名字命名。他是轨道力学的先驱，曾协助 NASA 设计了一条利用行星飞掠轨迹的方案，使水手 10 号在 20 世纪 70 年代得以三次近距离探测水星。NASA 的 MESSENGER 探测器于 2011 年成为首个进入水星轨道的探测器，在结束使命之前绘制了这颗无大气天体的首幅全球地图。
This infographic illustrates the key steps in the arrival of the BepiColombo mission at Mercury.
Credit:
European Space Agency
如今，轮到了 BepiColombo。
ESA 的 BepiColombo 项目科学家 Geraint Jones 表示："仍有许多未知的领域等待探索。我们需要对水星进行高分辨率全球测绘，并回答 MESSENGER 首次详细探测该行星系统时涌现出的一系列问题。"
乍看之下，水星与月球颇为相似，地表布满陨石坑，呈单调的灰暗色调，长期遭受辐射轰击，并不断有流星体侵袭。水星极地陨石坑底部的黑暗区域可能蕴藏着水冰，就像月球某些陨石坑底部一样。Jones 说："我们希望借助肉眼无法感知的光谱来研究其成分。"
欧洲研制的轨道飞行器将飞掠水星较近的空域，搭载相机和仪器用于研究行星表面；日本制造的小型轨道飞行器将在更高轨道运行，其传感器专门用于探测磁场、等离子体和尘埃。若后续进点序列按计划顺利推进，常规科学观测将于明年四月开始。
Jones 说：“两艘航天器同时抵达水星是开创性的。这对理解太阳风对水星这类行星的影响意义重大。归根结底，我们想弄清楚这颗行星的起源，以及它为何演变成如今的样子。”