历经八年，欧洲的 BepiColombo 任务接近绕水星入轨

期待已久的抵达

BepiColombo 是欧洲航天局一项耗资近 20 亿美元、前往水星的机器人任务，如今终于进入这段始于 2018 年旅程的最后冲刺阶段。经过八年的持续推力飞行，以及一系列精心编排的行星飞掠之后，这艘航天器距离任务规划人员自一开始就朝着的目标，已经只剩下几个月的时间：被捕获进太阳系最内侧行星的轨道。

本周，这项任务跨过了一个重要里程碑，抛弃了那段搭载离子推进器的大型结构。该硬件被称为“水星转移模块”，在航天器漫长巡航的大部分时间里为其提供动力。随着该模块如今已脱离，剩余的科学载荷已准备好在今年晚些时候执行最终的引力捕获机动。

为何水星如此难以抵达

对于行星科学家来说，水星带来了一个独特而有些反直觉的挑战。尽管它是距离太阳最近的行星，从地球发射的航天器并不能简单地向内掉落，就指望能够抵达。前往水星需要释放掉巨大的轨道能量。事实上，这项任务所需的能量，也就是 delta-v，比飞掠冥王星还要大，这也是为什么 NASA 的“新视野”号在不到十年的时间里就抵达了那颗遥远的矮行星，而 BepiColombo 却需要一条更复杂的路线。

为了把速度降到足以进入围绕水星的稳定轨道，BepiColombo 依赖了前所未有的九次引力助推。这些经过细致规划的掠过利用地球、金星以及水星本身的引力弯折航天器轨迹，并消耗掉多余能量。每一次接近都把探测器推得更靠近太阳，并为下一段螺旋式飞行对准方向。

这项任务还搭载了迄今在深空使用过的最强电推进系统。四台栅格离子推进器在巡航期间几乎持续点火，提供温和但不懈的推力，逐步重塑航天器的轨道。借助这套低推力等离子系统，在行星飞掠之间，控制人员能够比化学火箭更高效地微调飞行轨迹。

一艘三合一航天器

BepiColombo 的不同寻常之处在于，它被建造成由三部分不同航天器堆叠而成。最上层、体积最大的水星转移模块在旅程中负责推进和供电。在它后方搭载着两台科学轨道器，设计目标是在进入轨道后从互补视角研究水星。这项任务体现了国际合作：由 ESA 牵头，日本和美国作出了重要贡献。

双轨道器架构是其科学目标的核心，重点在于理解水星的起源及其不同寻常的成分。科学家想知道，这颗行星为何会在如此接近太阳的地方形成，以及它如何演化成今天所见那样炽热、致密且富含铁的世界。正如一位任务科学家所说，研究水星意味着了解一颗行星的起源，以及它如何变成今天的样子。

长期以来，水星一直是探索最少的行星之一。它靠近太阳，使得从地球进行观测非常困难，而行星周围强烈的热与辐射环境也会给任何过于靠近的航天器带来挑战。通过让两台轨道器沿着互补轨道运行，BepiColombo 旨在拼出更完整的水星表面、内部和磁环境图景。

抛弃推进模块

周四，水星转移模块的分离是朝着这一目标迈出的戏剧性一步。该模块已经完成使命，如果继续带入最终入轨阶段，反而会成为负担。若将它带入轨道，会增加质量、使机动更加复杂，并可能干扰敏感的科学仪器。随着推进模块脱离，BepiColombo 现在只剩下科学任务所需的各个部分。

这次分离也标志着一个象征性的转变。在过去八年里，这艘航天器一直作为一个完整、自主推进的堆叠体飞行。如今，它不再是一艘巡航飞行器，而是一对行星科学探测器，各自携带更小型的推进系统，用于最终的轨道调整。

接下来会发生什么

下一项重大事件将在 11 月到来，届时 BepiColombo 将最后一次接近水星。那时，这艘航天器的速度将恰到好处，足以让水星的引力将其捕获进轨道。这将是一项高风险机动，需要由航天器的机载系统自动完成，因为与地球距离太远，无法进行实时指令控制。

一旦安全进入轨道，BepiColombo 将开始其主要科学探测。它的仪器将绘制行星表面地图，测量磁场，探测内部结构，并研究其稀薄的外逸层。预计这些数据将有助于回答关于岩质行星形成与演化的根本问题，无论是在我们的太阳系内，还是在其他恒星周围。

对于参与其中的工程师和科学家来说，这一刻已经等待了很久。行星际任务需要耐心；“新视野”号花了将近十年才抵达冥王星，而 BepiColombo 的路线则更加迂回。但在任务规划者看来，这份回报值得等待。

BepiColombo 的最终逼近表明，现代行星探索已经变得多么复杂。该任务结合了太阳能电推进、反复的引力助推，以及一个由设计师、操作员和科学家组成的国际团队，才得以抵达这个依然极难造访的世界。当航天器最终滑入轨道时，它将成为历史上第二个做到这一点的任务，前一个是 NASA 的 MESSENGER 探测器。

如今，巡航阶段最艰难的部分已经过去，BepiColombo 已准备好提供迄今为止对太阳系这一最神秘行星最全面的视角。

本文根据 Ars Technica 的报道整理。阅读原文。