伽利略·伽利雷|深空探测史话｜被磨难环绕的“伽利略号”的一生
人类的航天史是一部历史长篇 ， 其中不乏感人至深的伟大奇迹 ， 也有惨痛而壮烈的失败和事故 。 有一些航天项目从始至终顺风顺水 ， 顺利地完成了既定的目标 。 有一些刚发射就出现了致命的故障 ， 项目也被迫终止了 ， 留下了很多遗憾 。 和上面的情况不同 ， “伽利略号”号飞船从立项开始就磕磕绊绊 ， 发射之后还出现了各种问题 ， 真可谓命运多舛 。 虽然各种艰难险阻 ， 科学家们“逢山开路 ， 遇水架桥” ， 解决了一个又一个的问题 ， 让这个飞船成功地完成了自己的使命 。
被寄予厚望的“伽利略号”
“伽利略号”是美国宇航局的一个木星探测飞船 。 和之前其他探测飞船（比如旅行者号）不同 ， 它不是简单地飞掠过木星 ， 而是要进入环绕木星的轨道 ， 对木星和它的卫星们进行长期观测 。
“伽利略号”的名字来源于著名的意大利天文学家和物理学家伽利略 ， 16世纪伽利略第一次把望远镜对准天空 ， 发现了很多星空中的奥秘 ， 比如木星的卫星 ， 为纠正当时错误的世界观提供了有力支持 。 可以毫不夸张地说 ， 伽利略天文观测取得的新发现是人类进步的基石 。 飞船以伽利略的名字命名 ， 说明科学家们对它寄予厚望 。
著名物理学家伽利略（图片来源：维基百科）从外形上看 ， 伽利略号飞船和其他几个深空的探测器非常相似 ， 都是由一个大锅状天线和飞船的主体组成 。 主要的科学探测载荷都安装在主体上 ， 有几根杆从主体向外伸出 。 其中一个伸杆顶部装有核能电池 ， 这个为飞船提供能源的核能电池也给伽利略号本来“不幸”的命运增添了几分的“悲剧” ， 当然这是后话 。 飞船的底部有个小型的木星大气探测器 ， 在飞船抵达木星附近后小探测器会直接坠向木星 ， 探测木星的大气构成等 。
图片来源：NASA1977年10月 ， “伽利略号”通过国会批准 ， 相当于国内航天人常说的工程立项 。 不过当时这个计划并不叫“伽利略号” ， 而是叫木星环绕探测器 ， 1978年才正式更名为伽利略号 。 项目最初计划花四年左右的时间完成飞船的研制工作 ， 82年发射飞向木星 。 按照这个计划 ， 伽利略号将在1984年开始环绕木星 。 计划总是赶不上变化快 ， 由于种种原因 ， 伽利略号一再延期 ， 直到1989年成功发射 ， 整个研制过程长达12年 ， 中间经历了多次磨难和反复 。
伽利略号探测木星（图片来源：NASA）磨难一：难以抉择的上面级
项目研制初期在上面级的选择上“折腾”开启了伽利略号不安稳的命运旅程 。 上面级其实是一个小型火箭 ， 在深空探测器发射过程中 ， 通常大型运载火箭将飞船和上面级送到环绕地球的轨道 ， 然后上面级接力工作让飞船飞向探测目标 。 如果把飞船飞抵木星的过程比作从北京出发到山西的一个小山村 ， 需要先乘坐高铁抵达县城 ， 然后乘坐三蹦子走小路去山村 。 运载火箭相当于高铁 ， 上面级就是三蹦子 。
伽利略号可供选择的上面级有两个 ， 一个是波音公司生产的采用固体燃料的“惯性上面级（IUS）” ， 另一个是使用液体燃料的半人马上面级 。 伽利略号研制初期在这两个上面级中反复来回修改 ， 总让人想起琼瑶剧中在两个女主中摇摆不定的男主角 。
图片来源：《情深深雨濛濛》最初的方案选择了“惯性上面级”（女一号） 。 这个“女一号”有个响亮的外号：“百分之一百零九” ， 因为它常常产生超出设计值的推力 。 不过选择固体上面级并不是因为推力 ， 而是出于安全考虑 。 伽利略号利用航天飞机发射 ， 半人马上面级（女二号）因为使用液体燃料 ， 在航天飞机中有可能爆炸 ， 给飞机上的乘员带来危险 。
固体上面级虽然推力大 ， 不过工作时间短 ， 实际运载能力反而不如液体上面级 ， 就像一个短跑选手 ， 爆发力强 ， 耐力却不足 。 受上面级的运载能力限制 ， 科学家们一度考虑将伽利略号的环绕器和木星大气探测器分开发射 。 这样增加了工程的复杂度 ， 也需要花费更多的经费；另一方面 ， 波音公司也表示 ， 研发上面级的经费需要在原计划的基础上增加１亿美元 。
在这一系列问题影响之下 ， 备胎“女二号”的机会来了 。 项目组决定放弃惯性上面级 ， 转而采用半人马上面级 。 半人马一直以来保持着很好的发射成功记录 ， 另外除了运载能力强以外 ， 液体上面级也有其它优点 。 它不像固体上面级那样点火瞬间产生巨大的冲击力 ， 这个冲击力有时候甚至会毁坏飞船或者飞船上的部件 。 另外液体上面级可以多次点火 ， 易于控制；固体上面正好相反 ， 一旦点火后必须等燃料用尽才能关机 。 让科学家们最高兴的是 ， 可以把木星大气探测器和木星环绕器一起发射 ， 成本降低 ， 工程方案也更简单 。 不过更换了上面级方案 ， 伽利略号需要更长的研制时间 。
