黎明号：小行星探测的一缕曙光
预计9月发射的小行星探测器黎明号（Dawn）如其名，既是为了研究太阳系的黎明时代，又被人们寄予希望，期待着它能为小行星的探测带来新的曙光。这是第一架旨在近距离研究主带小行星的探测器，是NASA发现计划的10个任务中的第9个，有望作出一批划时代的发现。
艺术家笔下的黎明号小行星探测器。（图片提供：William K. Hartmann Courtesy of UCLA）
任务概述
简单说来，黎明的根本探测目的是了解太阳系早期历史，也就是黎明期的环境和物理过程。探测器名“黎明”即是由此而来。另外，此项任务还有可能为研究太阳系以外的行星系提供线索。
众所周知，受木星的引力影响，木星和火星之间的小行星带没有进一步形成更大的天体，因此其自诞生以来就基本保留着初始信息，而并未象大行星那样经历过太多的演化，因此人们认为其中保存着太阳系的历史记录。此番为黎明探测器选择的是4号小行星灶神星和1号小行星谷神星（或者按IAU去年的决议，应该叫矮行星了吧）。这是主带小行星中最大的两颗，有着截然不同的特性。
如果一切顺利，探测器将于本月15日之后发射，2009年飞掠火星并借助其引力加速（如果我没有记错的话，借助火星引力加速似乎还是深空探测史上的头一遭），2011年9月抵达灶神星，并在7个月的探测任务后离开前往谷神星。抵达谷神星是在2015年初，整个任务将于同年夏季结束。
黎明号的飞行路线。（图片提供：NASA）
命途多舛
作为第一架专门用于探测主带小行星的探测器（先前的NEAR-舒梅克和隼鸟号都以近地小行星为探测目标），黎明号从计划出笼到走上发射架可以算是命途多舛。
黎明号的探测计划最早是在2001年批准的，预计2006年夏季发射。但出于预算超支和技术障碍的考虑（貌似这是历次探测任务的被砍理由），NASA在2006年3月初决定终止该计划。万幸的是，时隔不久，作为新任行政长官Michael Griffin就职工作的一部分，有关黎明号的事宜被重新评估，计划得以恢复。
事情还不算完。接下来的研发组装过程还算顺利，探测器于今年的4月10日运抵卡纳维拉尔角的发射场，预计在7月初发射。但探测器的电池帆板偏偏在发射前的节骨眼上出了毛病。6月11日，在准备旋转平衡测试的过程中，电池帆板的背面被某大意的技术员用工具划伤，虽然是无大碍的小故障，也还是让发射时间拖延到了7月15日之后。又因为凤凰号火星登陆器发射的原因，黎明号最终被推迟到了9月发射。只是希望在最后的发射过程中就不要再出什么问题了吧……
用于发射黎明号探测器的德尔他II型火箭。（图片提供：NASA/KSC）
灶神星和谷神星
哈勃空间望远镜拍摄的灶神星（中）和谷神星（右）。左侧为最大的近地小行星——爱神星，2000年曾为NEAR探测器造访过。（图片提供：Dawn）
选择灶神星和谷神星作为探测目标，除却其较大的体积外，当然还有科学目标的考虑。两者虽然都位于小行星带内，却经历过截然不同的演化过程。
1807年发现的灶神星是最明亮的小行星，直径约520千米，有着干燥的玄武岩表面和致密的金属内核，似乎经历过熔融过程带来的地表更新。从某种意义上说，它与太阳系的类地行星更为接近。由于灶神星的体积过小，熔融不大可能由于自身的引力作用导致。有理论认为，热源是太阳系形成初期邻近超新星产生的放射性元素。黎明号获取的数据可以对次加以检验，也将平息关于灶神星结构的争端。
另外，先前已研究过来自灶神星的陨石，表明该天体形成所花费的时间只及类地行星的1/10，之后吸积过程就因为新生木星的引力作用而过早地停止了。黎明号探测器可以进一步探明灶神星的特性，进而更详细地了解小行星的形成历史。
据信来自灶神星的陨石。（图片提供：R. Kempton, New England Meteoritical Services）
谷神星是1801年元旦发现的，直径约960千米。在去年的IAU决议中，由于其近圆形的外观满足流体平衡，故被升级为矮行星。与大行星相似，谷神星的内部也是分层的，其表面的矿物中则含有水分，可能还有厚达60至120千米的水冰层存在，星体含水量高达25%左右，表面应该经历过很剧烈的变化，这类似木卫二等外太阳系卫星。虽然不大可能通过探测谷神星来了解太阳系的极早期环境，水分的存在却是个关键，人们希望能籍此了解水在行星演化中发挥的作用。
小行星带可以说是联系内外太阳系的桥梁，对其进行的探测有望揭示类地和类木行星不同的演化途径。而灶神星和谷神星的历史可能分别与这两者有关。为此，黎明号将测绘这两颗小行星的表面，确定其形状、内部结构、组分、自转轴取向和热演化史。人们对其数据拭目以待。
关于探测器
黎明号所采用的大多数技术都已在先前的卫星或探测器上试验过，如基于Star Bus卫星的复合材料结构、基于水文卫星Topex/Poseidon的姿态控制系统、基于IndoStar卫星的肼控制系统等，这一切的目的是降低任务的风险。
尤其值得一提的是黎明号的另一项第一。它是NASA第一架以纯粹科学探测为目标的离子引擎探测器。其推进系统于2003年由波音公司承造，装备有3台推进器，以425千克氙气体为推进剂，用途除却为探测器加速，还有在抵达目标时的精密变轨。关于离子引擎，本站曾经有专文介绍，这里不赘述。不论如何，这说明离子引擎作为一种新的推进技术已经日趋成熟。实际上，探测过程中的一系列变轨任务也必须靠离子引擎才能完成。
黎明号的结构示意图。（图片提供：NASA）
探测器搭载的科学仪器有三：帧式照相机（Framing Camera）、光学/红外成象摄谱仪（Visible and IR Mapping Spectrometer），以及伽玛射线和中子探测器（Gamma Ray and Neutron Detector），分别由德国、意大利、美国的科研机构研制开发。不过最初计划的激光高度计和磁力计没有搭载。其中帧式照相机由两架单独的折射系统组成，配备有7种滤镜，用于拍摄光学图象，同时兼作导航相机。光学/红外成象摄谱仪与金星快车和罗塞塔号彗星探测器的摄谱仪类似，可以在400个波段上拍摄图象。伽玛射线和中子探测器利用21个传感器探测天体反射的高能辐射，可用于化学组分的分析。需要返回的数据主要包括小行星表面的光学/红外图象、表面重力分布以及星体核区尺度，另外还有铁、钛、氧、硅、钙、铀、钍、钾、氢、铝、镁等元素的丰度，这与小行星演化的历史直接相关。
包括小行星探测的太阳系探测计划才算完整，而小行星的大部头又集中在主带上。这样看来，黎明号的一大意义在于填补太阳系深空探测的空白，也拥有拓荒新疆域的绝好机会。当然，如前所述，黎明号也会为小行星和太阳系演化历史的研究带来新的曙光。So here’s wishing you a happy voyage……
参考资料
[1] http://www.nasa.gov/mission_pages/dawn/main/index.html
[2] 任务主页：http://dawn.jpl.nasa.gov/
[3] Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System
[4] Voyage to the Giant Asteroids, Science@NASA, June 15, 2007
