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大多数行星科学家都会告诉你,金星探测的黄金时代早已是一代人之前的事了。但这种情况即将改变。

两项NASA任务正按计划在2030年代初发射前往金星。第一项任务名为"金星深层大气惰性气体、化学和成像调查"(DAVINCI),目前计划于2030年12月发射,比之前的计划提前了一年。DAVINCI将通过降落伞辅助的下降探测器穿越金星大气层,拍摄自1982年以来首批金星表面直接图像。第二项任务名为"金星发射率、雷达科学、合成孔径雷达、地形和光谱学"(VERITAS),计划于2032年11月发射,从轨道上用雷达绘制金星表面地图。

欧洲航天局正在建造另一个轨道器"Envision",计划于2032年发射前往金星。火箭实验室(Rocket Lab)的金星探测计划最早可能在明年启动,该公司旨在发射一个私人资助的探测器,寻找金星云层中有机物质的迹象。

这是上周金星探测分析组(VEXAG)会议上发布的最新进展,该组织汇聚了专注于研究这颗距离地球最近的炙热星球的科学家们。欧洲的Envision轨道器也将于2032年发射前往金星。火箭实验室的金星探测计划最早可能在2027年底启动,目标是寻找金星高空云层中有机物质的迹象。

这一切并非毫无波折。预算削减曾威胁取消一项美国金星任务,并延迟了另一项,还迫使NASA退出与欧洲合作为Envision提供关键部件的协议。但上周VEXAG会议上的科学家们表达了乐观的态度。

"我们为金星带来了一些好消息,"NASA戈达德太空飞行中心的行星科学家、DAVINCI首席研究员吉姆·加文(Jim Garvin)说道。

时光倒流

金星要找到属于自己的时刻并不容易。几十年来,火星一直占据着聚光灯下的位置,并且仍将是载人航天长期的指路明灯。彗星和小行星之谜吸引了全球航天机构投资一系列机器人探测器来研究它们。木星和土星的冰冷卫星,其中一些可能蕴含生命所需的成分,是行星探测领域的最新热点。

但金星比其他任何行星都更靠近地球,这使它成为航天器最容易到达的星球,尽管登陆并不容易。金星的大小与地球大致相同,可能曾拥有与地球相似的气候,但某些事件使它变成了一个不适宜居住的世界,其大气几乎完全由二氧化碳组成,云层由有毒的硫酸构成,温度高达足以熔化铅的约872华氏度(467摄氏度)。

关于金星,还有很多东西需要了解。这颗行星的测绘程度不如火星,科学家们也不完全确定是什么引发了金星的失控温室效应。登陆金星非常困难,那里的气压是地球海平面气压的93倍,相当于海洋表面以下约3000英尺的压力。

NASA上一次的金星任务是麦哲伦号,它用一种能够穿透大气层中不透明酸云的雷达仪器绘制了这颗行星崎岖的表面。麦哲伦号于1989年发射,1994年结束任务,首次揭示了金星地貌的大致轮廓,但分辨率只能分辨足球场大小或更大的特征。

这还远远不够。日本和欧洲分别于2005年和2010年发射了金星轨道器,其仪器专门用于研究这颗行星的大气层。但花了30年时间,改进麦哲伦号地图的任务才赢得NASA和欧洲航天局决策者的支持。

金星科学家的命运在2021年6月发生了重大转变,当时NASA和欧洲航天局在短短八天内选定了三项金星任务进行开发。"金星研究界感到非常兴奋和激动,只想赶快开始工作,看到这一切实现,"金星科学家、史密森尼学会科学与研究副秘书艾伦·斯托芬(Ellen Stofan)当时在接受Ars采访时表示。

事实证明,为金星争取支持的斗争并未结束。不到两年后,由于NASA行星科学部门面临预算压力,NASA官员考虑取消两个NASA主导任务中的一个,即VERITAS。资金问题主要源于NASA首个探索金属小行星普赛克(Psyche)任务的延误和成本超支。

VERITAS项目得以存活,但情况相当惊险。同时,负责普赛克、VERITAS和其他众多科学任务的NASA喷气推进实验室(JPL)也经历了裁员,以及NASA火星样本返回任务的取消,该任务原本将成为该实验室历史上最昂贵的项目。

VERITAS的目标是延续麦哲伦号任务的遗志。VERITAS轨道器搭载的雷达远优于麦哲伦号,将大幅提高金星地图的分辨率,特别关注活跃火山地区。

就在NASA减缓VERITAS开发进度的同时,该机构还承诺为欧洲航天局的Envision任务提供雷达仪器,这是一个与VERITAS目标相似的轨道器。

去年,特朗普政府对NASA在Envision任务中的贡献提出质疑,Ars在9月报道称,在NASA退出协议后,欧洲航天局正推进使用欧洲自建雷达用于Envision任务。NASA行星科学部门的项目科学家尼克·朗(Nick Lang)在上周的VEXAG会议上证实了这一点,并以NASA预算限制为由做出解释。"那个决定并不容易,"朗说道。

加速带来的震动

NASA的行星科学预算仍面临压力。特朗普政府两次提议大幅削减行星科学预算。国会在2026财年恢复了大部分资金,预计2027财年预算也将如此。

停止支持欧洲的Envision任务并取消火星样本返回任务,为NASA释放了足够资金,使其能够推进DAVINCI和VERITAS任务,在某些情况下甚至弥补了此前的延误。DAVINCI目前的目标发射时间是2030年12月,比之前的计划提前了一年。

"感谢2026年初NASA总部和行星科学部门领导的鼓励,"领导DAVINCI科学团队的加文说道。"这是我们前往金星最具成本效益和科学效益的新发射方案……我们现在所做的是将发射时间提前了54周,采用一种低速度增量(delta-V)轨道方案,使其能在2030年12月底发射升空。"

低速度增量是一个重要的限定条件。这意味着DAVINCI的轨道方案所需能量相对较少,至少在行星际任务中算是较低的。2032年初与金星的一次飞越将为DAVINCI释放大气进入探测器做准备,探测器将于2032年10月3日下降至该行星表面。该任务的载体航天器将继续在太阳系内部穿行,修订后的轨道方案应能让它保留足够的燃料储备,以便在再次返回时进入金星轨道,加文表示,这一点此前并非总能得到保证。

VERITAS的回归则更加引人注目。

"VERITAS现在已获得资金支持,发射日期定于2032年11月,这对我们来说是个好消息,"该任务在JPL的副项目科学家丹·努内斯(Dan Nunes)说道。"我们正在增加人员配置。我们在加速推进,虽然不像吉姆的DAVINCI那样快,但我们在前进。"

VERITAS的目标发射时间是DAVINCI抵达金星之后的一个月。"这延续了金星科学研究的势头,这很棒,"努内斯说。"我们将在2033年年中左右抵达金星,然后将进行一个大气制动阶段",之后才开始常规科学观测。

近几个月来,从事DAVINCI任务的工程师们完成了实验,展示了金星探测器的相机和仪器将如何在其一次性穿越大气层的下降过程中采集数据。DAVINCI的电池驱动钛制下降探测器从太空到达金星表面大约需要一个小时,在探测器越过地平线之前,所有图像和数据都必须通过与DAVINCI载体航天器的无线电链路传回地球。

"我们必须在进入超临界大气层的最后八到十分钟内优化一切,以便将这些数据传回给我们所有人进行研究,"加文说。

DAVINCI团队最近还将进入探测器的原型机置于其在金星将经历的极端温度下进行测试。这个隔热球体将内部组件的温度保持在86华氏度(30摄氏度)以下,达到了要求。DAVINCI在戈达德中心的管理团队已将这两项测试的结果汇报给NASA总部和局长贾里德·艾萨克曼(Jared Isaacman),并汇报给了白宫,加文表示。

对于VERITAS来说,消息同样令人振奋,努内斯将任务的存续归功于科学倡导团体的支持。

"VERITAS成行了,"努内斯说。"我们要感谢来自各界的支持,包括VEXAG、行星学会,以及所有那些为金星探测事业奔走呼号、努力让VERITAS得以存续并获得发射日期的人们,我们对此深表感激。"

Q&A

Q1:DAVINCI任务具体是做什么的?

A:DAVINCI是NASA的金星探测任务,将通过降落伞辅助的下降探测器穿越金星大气层,拍摄自1982年以来首批金星表面直接图像,目前计划于2030年12月发射。

Q2:VERITAS任务和DAVINCI有什么区别?

A:VERITAS是另一项NASA金星任务,主要通过轨道器上的雷达从太空绘制金星表面地图,重点关注活跃火山地区,计划于2032年11月发射,比DAVINCI抵达金星晚一个月。

Q3:为什么金星探测任务曾经一度面临取消风险?

A:由于NASA行星科学部门的预算压力,主要源于普赛克任务的延误和成本超支,VERITAS任务一度被考虑取消,NASA也被迫退出与欧洲航天局Envision任务的雷达合作协议。

Ars Technica