科技日报记者 付毅飞
由欧洲和日本联合研制的“贝皮·科伦布（BepiColombo）”水星探测器，经过多年推迟，终于在北京时间10月20日9时45分，由阿里安-5运载火箭发射升空。
发射现场图片
这是继美国“信使号”之后，人类第二次发射专用水星探测器，预计将在2025年底到达水星，开展为期一年的水星探测活动。
“水星是离太阳最近的星球。探测水星能更好地理解一些关于太阳系进化和历史演变的基本问题。”航天专家庞之浩向科技日报记者介绍。
“贝皮·科伦布”发射效果图
然而，水星探测之路充满了艰险。
兵分两路，要把水星看个遍“贝皮·科伦布”重4.4吨，由三部分组成，包括2个探测器以及“水星转移模块”。这是人类首次采用不同任务探测器组成编队来探测水星，任务十分复杂。
庞之浩说，这两个探测器以“水星行星轨道器”为主探测器，“水星磁层轨道器”为次探测器。在发射和巡航阶段，它们与水星转移模块“抱团”形成组合体，通过电推进和化学推进方式前往水星轨道。到达水星后，组合体会先将水星磁层轨道器推入近水点400公里，远水点12000公里的椭圆轨道，随后继续下降。抵达近水点400公里，远水点1500公里轨道时，水星行星轨道器将与水星转移模块分离，在该轨道开展工作。
其中，由欧洲航天局研制的水星行星轨道器重1147千克，装有11台科学探测仪器。其主要科学任务是观测水星表面地形、重力场，精密计测水星矿物质的化学成分；对水星进行测绘，研究水星表面和内部成分；研究水星磁场环境、行星与太阳风交互以及大气外层的化学组成。
世界第一个专用水星探测器——“信使号”
日本宇宙航空研究开发机构提供的水星磁层轨道器重275千克，装有5台科学载荷。它将从多角度对水星表层和内部的磁场与磁层进行综合观测，这不仅有利于认识水星磁场、磁层的分布，还能通过分析比对，加深对地球乃至宇宙间各种磁层的了解。同时它还将观测水星的大气和地形等，关注水星的地表组成和变化过程，以深入了解水星的特异结构，探索水星形成之谜。
欧洲“水星行星轨道器”、日本“水星磁层轨道器”绕水星运行示意图
庞之浩介绍，此次探测的总体科学任务是：完成对水星最全面、清晰度最高的覆盖；拍摄首批热成像照片，确定水星表面成分，生成整体温度图；获取首幅水星表面特征整体三维图；进行有史以来最全面的水星引力环境测量；首次用两个轨道器同时在两个地区对水星环境展开研究。
除了70亿公里坎坷路，探水星还要耐住高温“贝皮·科伦布”的命名来自于20世纪意大利科学家，他研发了使用行星重力来操纵卫星的技术。该技术将在此次任务中充分发挥——探测器要想成功进入水星轨道，需要在地球、金星和水星附近进行9次引力控制飞行。
“贝皮·科伦布”组合体结构示意图。自上而下分别为水星磁层轨道器、遮阳罩、水星行星行星轨道器、水星转移
水星身后就是比地球重33万倍的太阳，其巨大引力是探测水星的最大阻碍。探测器如果径直飞去，会在太阳引力作用下疯狂加速，只怕连水星的模样都来不及看清。飞越金星和地球，可以“借力”调整探测器的轨道和速度使其路过水星，但水星的直径不到5000公里，引力仅与月球相当，即使探测器擦身而过，它也无力将其“抓住”。加之水星是太阳系行星中的“长跑冠军”，运行速度最快，使得探测器入轨难上加难。
因此，“贝皮·科伦布”需要借助地球、金星、水星共同配合，反复调整轨道，同时其自身发动机也要全力工作，才有可能到达工作岗位。庞之浩介绍，在长达6年半的飞行期间，它要1次飞越地球、2次飞越金星、6次飞越水星，跨越70亿公里曲折路程，在距离水星约10万公里时进入其引力场影响范围。
“贝皮·科伦布”飞掠金星示意图
即使进入水星轨道，“贝皮·科伦布”仍面临众多考验，最为严峻的挑战来自高温环境。由于靠近太阳，探测器部分表面将受到直接炙烤，温度可达350度左右。为此其采用了新设计的多层隔热技术，最外层由陶瓷纤维制成。探测器上还配备了高效率散热器，以使科学仪器和电子设备能正常工作。
不过有些部件无法采用热屏蔽方式，比如太阳翼。庞之浩说，传统太阳电池板及其电子设备能承受的最高温度只有250度。但“贝皮·科伦布”采用了创新技术，其太阳能电池板由60%的镜片和40%的特殊电池组成，镜片用于反射热量，使它能在更高温度下工作。另外探测器还能采取调整太阳翼方向的办法，避免阳光垂直照射。
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