卡西尼号完美收场背后的航天动力学

卡西尼号已经探索土星系统十三年了，并且已经改写了这个有着行星环的行星及其卫星，在教科书当中的相关记录。但是如今这个太空飞行器快燃料不足了。

根据NASA的行星保护准则，该任务最终会让卡西尼号穿进土星的大气层。下面这段视频关于卡西尼号完美收场背后的航天动力学，由@柚子木字幕组 听译。

完美收场

位于喷气推进实验室的卡西尼号科学家们，希望卡西尼号能完成许多难以想象的科学，以及它之前无法完成的事情，当卡西尼号掠过土星顶部的时候，能够比之前更细致地研究土星北极的六边形，并且能从土星和它的环之间穿过去，就像穿针引线一般。

阳光洒在土星北极的六边形区域，2017年1月22日由卡西尼号飞船的广角相机拍摄。

这意味着我们能够测试环上的粒子，能够知道更多它们的组成信息，我们还能测试土星的大气，我们能够对它的内部结构会有一个更好的了解。

这是我们和土星的最近距离的一次接触了。当卡西系冲向土星大气层时，尽可能多的获取数据并且传回地球。

在这之前，科学家和工程师们已经计划了一个激动人心的完美收场。保证能得到整个任务当中最美妙的科学和图片。所以他们将如何实现呢？

卡西尼号的完美收场需要经历二十二个轨道，历时6个月左右。

航天动力学的支持

为了能够完成这些工程，能够让它从土星和它的环之间穿过去。这需要一些航天动力学的支持。

航天动力学是工程学的一个形式，当我们想到机械工程的时候，我们会想到人们利用物理和技术来造东西，而航天动力学是用来构建航天飞行器的运动轨迹。

卡西尼号会涉及到二十二个轨道，其中轨道的近拱点或者最近点，实际上就在土星大气和环的最内层之间的缝隙里。

我们要做的是利用泰坦星最后的引力助推来设计轨迹，重力助推(Gravity assist)就是通常所说的引力弹弓效应，利用行星的引力场来给飞行器加速或减速。

重力助推

我们能够跳过整个环系统，而将飞行器放在只有二百万米缝隙的轨道上。引力助推就是利用了环绕另一个物体运动的那个物体的引力。

土卫六泰坦上空明亮的条状云带，2017年5月7日由卡西尼号探测器拍摄，当时卡西尼距离土卫六泰坦表面约48.8万公里。

对于卡西尼来说，泰坦星作为一个质量巨大的一颗卫星，绕着土星运转，如果卡西尼号同时也绕着土星运转，我就能飞到非常靠近泰坦星的地方，这取决于我是飞到前面还是后面，抑或上面还是下面，我们就能利用重力使飞行轨道发生弯曲，我们利用这样的能量。

卡西尼的飞行轨道发生弯曲

当卡西尼利用最后一次掠过泰坦星之后，卡西尼号的命运就交给了它自己了。它将以任何它想给的方式给土星带来影响。

5月15日，卡西尼号将进行它的第四次轨道俯冲。

最后，我们为什么要这么做呢？为什么要让飞行器坠毁在土星大气层呢？这是为了保护土星的卫星。

例如，土卫二恩克拉多斯（Enceladus），在地表下面有海洋，也许这个舒适的地方恰好就适合微生物生存。

土卫二恩克拉多斯

而我们的航天飞行器，有很大的概率携带有从地球上带来的微生物，我们希望在未来的任务来探索它之前，这颗卫星还能保持原状。