在过去的六年半时间里，美国宇航局两艘坚韧、有弹性的航天器一直在绕地球轨道飞行，它们不断地飞越地球周围一个叫做范·艾伦辐射带的带电粒子危险区。2012年8月发射的两颗范艾伦探测器证实了科学理论，揭示了这些动态区域中起作用的新结构和新过程。现在探测器探索进入了一个新的最后阶段。2019年2月12日，一对范艾伦探测器中的一个开始了一系列轨道下降操作，将其轨道的最低点，也就是近地点，离地球的距离拉近了190英里。这将使近地点从375英里增加到190英里——这一变化将使宇宙飞船最终在15年后重返地球大气层。
博科园-科学科普：位于马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯应用物理实验室Van Allen探测器项目经理Nelli Mosavi说：为了让Van Allen探测器能在合理的时间内可控重返大气层，需要降低近地点。在新的高度，空气动力阻力将使卫星坠落，最终在高层大气中烧毁。任务是获得大量的科学数据，并确保我们防止更多的太空碎片，这样我们的下一代也有机会探索太空。另外两个范艾伦探测器也将在3月份跟进，同样由设计和制造卫星的APL公司的任务操作团队指挥。范艾伦探测器大部分轨道都在地球的辐射带内：圈状的带电粒子带——质子和电子——被困在地球磁场中。
这两个范艾伦探测器已经花了六年多的时间绕地球辐射带运行。2019年初的轨道变化将确保航天器最终脱离轨道并在地球大气层中解体。图片：NASA Goddard's Scientific Visualization Studio
这些快速移动的粒子产生辐射会干扰卫星电子设备，甚至可能对在星际旅行中经过它们的宇航员构成威胁。辐射带的形状、大小和强度随着太阳活动的变化而变化，这使得预测它们的状态变得困难。最初被指定为为期两年的任务，根据预测，没有任何一艘航天器能够在严酷的辐射带中运行更长时间——这些坚固的航天器自2012年以来一直在无事故的情况下运行，并继续使有关范艾伦辐射带的突破性发现成为可能。位于马里兰州格林贝尔特美国国家航空航天局戈达德航天飞行中心的范·艾伦探测器任务科学家大卫·西贝克说：
范·艾伦探测器在描绘辐射带特征方面做了大量工作，为我们提供了推断辐射带内部情况所需的全面信息。经过这么多年，这些航天器及其所有设备几乎毫发无损地幸存下来，这本身就是一项成就。每艘宇宙飞船都将通过五个两个小时的引擎燃烧，被转移到距地球190英里一个新的、较低的近地点。因为范艾伦探测器在轨道上旋转，所以必须仔细选择推进的日期。所需的几何形状每年只发生一到两次：对于航天器B来说，这段时间是今年的2月12日至22日，对于航天器A来说，是3月11日至22日。发动机燃烧将消耗大约4.4磅的推进剂，这使得飞船有足够的燃料使他们的太阳能电池板对着太阳大约一年。
在2019年2月和3月执行脱轨操作后，随着航天器在其轨道上最接近地球的近地点遭遇大气阻力，范艾伦探测器的高椭圆轨道将在未来15-25年内逐渐收紧。这种大气阻力早在2034年就会将它们拉入一个圆形轨道，届时航天器将开始进入地球大气层并安全解体。图片：Johns Hopkins APL
将继续在新轨道上运行并获得新的科学知识，直到燃料耗尽，到那时我们将无法将太阳能电池板对准太阳，为航天器系统提供动力。在生命的最后一年左右，范艾伦探测器将继续收集地球动态辐射带的数据。而且他们新的、更低的通过地球大气层的通道也将为了解地球高层大气中的氧气如何降解卫星仪器提供新视角——这些信息可以帮助工程师们在未来设计出更有弹性的卫星仪器。航天器和仪器让我们对航天器在高辐射环境中的运作有了难以置信的了解。在执行任务的每个人都对我们所做的工作和为世界提供的科学感到真正的自豪和成就感。
博科园-科学科普｜研究/来自:美国宇航局戈达德太空飞行中心/Geoff Brown
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