本文为探测器列传03，上篇文章：8头牛也拉不回的探测器：美国“徘徊者”探月计划为何屡战屡败？
上文书讲到NASA把月球探测器的任务交给了喷气推进实验室（JPL），这个计划叫做徘徊者计划。一开始，喷气推进实验室运气极差，估计是那一阵子他们正碰上水逆，干啥啥不灵，一而再再而三的搞砸了。徘徊者3号好不容易飞出了地球轨道，结果轨道偏差太大，只能从月球的前边穿过去，根本无法在月球上降落。为了给月球拍个照，探测器转了个身，这一转不要紧，天线歪了。地面测控站什么信号也收不到，拍的照片都传不回来了。你瞧这事儿闹的。
所以呢，下一枚探测器徘徊者4号，JPL的人就特别注重精确性。这回一定别飞歪了。徘徊者4号和徘徊者3号是同一型号，基本上长得一模一样。按照计划，这枚探测器还是用宇宙神-阿金纳火箭发射。上面级阿金纳B火箭负责把徘徊者4号送到环绕地球的泊车轨道上，然后就在轨道上空档滑行转半圈，然后二次点火飞向月球。空档滑行，然后再2次点火在当时是个比较有风险的行为。万一二次点火失败，任务就无法完成了。有好几次都是在这个问题上栽了跟头。这一次徘徊者4号算是比较幸运，阿金纳B上面级顺利点火了。而且把徘徊者4号顺利的送入了去往月球的轨道。
水手4号
阿金纳B上面级是扶上马再送一程。在徘徊者4号顺利进入正确的轨道以后。完成器箭分离，阿金纳B开启一个小火箭进行反推，和徘徊者4号保持了一定的距离。徘徊者4号展开了电池帆板，展开喇叭状的高增益天线，然后开始寻找第一个定位目标，也就是太阳。首先要让太阳能板对准太阳才能发电对吧。徘徊者4号的太阳能板只能在一个方向上转动。必须靠转动探测器本身，才能让电池板对准太阳。
对准太阳之后，徘徊者4号从内部电池供电，切换到电池板供电。然后开始寻找第二个参考目标，这回探测器身子不动，那个高增益的抛物面天线是可以全向转动的，只要天线对准地球就行了。
总之这些事儿都需要在发射以后4小时内搞定。在距离月球14.6万公里的地方，需要调整一下姿态，探测器内部有个陀螺仪，这个陀螺仪就是探测器的姿态基准。你想啊，你在完全失重的环境下，什么上下左右，你完全没感觉，你必须有个参照物才行，这时候内部的这个陀螺仪就是参照物。
探测器着陆想象图
等到徘徊者4号探测器快接近月球了，这时候探测器要再次调整姿势，屁股朝向月球。这时候电池板就没办法对准太阳了，探测器只能靠内部电池来工作。然后还得把高增益天线对准地球方向。
下一步就是在月球上着陆，探测器在3900公里的高度开始采集电视图像，每13秒拍摄一次，这时候距离撞击月球已经只剩下32分钟了。在距离地面24公里的高度，传输数据完成。在21.4公里高度。爆炸螺栓启动，把着陆器扔下去。在距离月球表面335米的地方悬停，然后扔掉反推火箭，硬着陆于月球表面。探测器屁股底下的木头缓冲壳算是彻底摔烂了。
徘徊者4号发射
计划很丰满，现实很骨感。这一次发射，阿金纳B上面级总算没有掉链子，出色的完成了任务。探测器也的确是进入了对准月球的轨道。但是，地面站很快发现，这个探测器没反应了，主机板死机了，根本不听指挥。倒是着陆器上的那个无线电装置依然在工作。所以地面站还能追踪徘徊者4号的轨迹。
地面站发现，徘徊者4号着陆器的无线电信号时强时弱。这是怎么回事呢？地面的技术人员判断，这是因为徘徊者4号在翻跟头。所以信号才时强时弱。也就是说，因为电脑死机了。什么稳定姿态啊，打开太阳能板啊，卫星天线对准地球啊，它是一件都没搞定。徘徊者4号的彻底失控。
着陆器月震仪里面的那个小无线电的功率非常小，这东西才50毫瓦。大家要知道，遥控车钥匙，功率也才20毫瓦左右。这个月震仪里的无线电，跟功率两个车钥匙差不多。那么弱的信号要穿过38万公里的距离，被地面站的大天线收到，本身就很难。地面人员也不知道这个探测器什么时候会失去信号。在傻等了64个小时之后，这个死机的探测器撞到了月球上，位置是南纬15.5度，西经130.5度，这也算是某种硬着陆。只是没有传回任何有用的数据。
撞击点在月球的背面
当然啦，撞击月球的点，也只是算出来的理论值。位置准不准，很难说。但是撞是肯定撞上去了。NASA作为一个官僚机构，当然是丧事当做喜事来办。他们还是给与了正向评价，首先宇宙神-阿金纳火箭还是很可靠的，特别是阿金纳B上面级。你看，我们连一次轨道修正都没做，就凭着阿金纳B上面级的精确性，就撞上月球了，你说这有多精准吧。废话，你倒是想做轨道修正呢，人家探测器也得听得见啊。人家死机了，不理你啊。
另外，NASA还强调，这东西比苏联的月球2号强多了，月球2号是一切从简。我们的徘徊者4号要复杂得多。是啊，可惜啊，所有仪器都没工作，什么数据都没传回来，仪器复杂顶个屁用啊。这些仪器跟石头没区别。
月球2号
苏联的月球2号的确是很简单。但是人家好歹还传输了有用的数据，月球2号证明，月亮没有磁场，也没有类似于地球的那种范艾伦辐射带。月球2号也在月亮上留下了两个特制的纪念品，那就是一大堆5边形拼出来的金属球。其中有几块面积比较大，刻着苏联的国徽，其余的每一片上都刻着俄文字母CCCP以及1959的字样。赫鲁晓夫把一个复制品送给了美国的艾森豪威尔，这东西现在收藏在堪萨斯宇宙圈博物馆。
不管官僚们如何掩饰，失败了就是失败了。针对徘徊者4号的问题，有NASA的人员甚至失望的宣称：“我们发射了一个无线电白痴”。
同样是在1962年，美国人还启动了水手计划，也就是探测太阳系内的各大行星，首先美国人就对准了金星，因为金星的大小和地球差不多。所以美国和苏联都对金星比较感兴趣。另外，金星每19个月就有一次窗口期，而且探测器是往内太阳系掉落，比去火星更省能量。
金星1号探测器
其实到1961年，苏联就启动了自己的金星探测计划，他们发射了金星1号探测器。当时苏联可以说是每一步都抢在了美国人前面。发射用的火箭也是R7家族的增强版。苏联火箭使用的上面级非常先进，所使用的发动机是一种富氧分级燃烧的发动机。而且这台发动机具有在真空中重新启动的能力。
Блок Л（Block L）上面级
11D33发动机
我们前面不是提到过，在太空中进行二次点火是一个难题吗？因为这时候燃料罐里的燃料烧的没剩多少，正好处于一瓶子不满，半瓶子晃荡的状态，在失重条件下，那小半瓶子燃料在燃料罐里面是飘起来的，并不沉底儿，所以燃料泵吸来吸去也吸不到什么东西。
所以苏联人就想到了一个小技巧，那就是用一枚独立的小火箭给主机提供一个很小的推力，就是为了让燃料罐里面的燃料沉底儿，这样主发动机不就可以顺利点火了吗？这种技术，在发射金星1号探测器的时候是第1次使用。
金星一号探测器非常的简单，搭载的仪器也不算太多。这颗探测器从距离金星100万公里的地方飞越而过。但是在飞过金星的时候，探测器的通讯系统出了故障，所以没有传回多少数据。但是在飞向金星的整个过程中，它是传回了不少科研成果的。苏联发射的月球2号探测器发现了太阳风的存在。这回，金星1号探测器发现，这种高能带电粒子在整个行星际空间是无处不在的。
不管怎么说吧，金星1号也算是人类第1个成功抵达金星附近的探测器，算是苏联的又一项伟大成就，但是后来苏联人就遇到了一连串的失败，等于就给美国提供了一个追上来的机会。
水手1号
所以美国人当然不甘心落后啊，他们因此要尽快发射自己的金星探测器。按照计划，水手1号和水手2号就是徘徊者探测器的简化版。毕竟送到金星，宇宙神火箭不够大。这事儿还是由JPL来负责，他们一直在等着更大更先进的半人马座低温上面级研发完成。但是半人马座上面级研发进度显然是赶不上了。没办法，只能再次简化探测器，尽量轻一点。这样就可以用宇宙神-阿金纳B来发射了。
当时人类对于金星的了解其实是不多的，天文学家们从地面上用望远镜观察金星，发现它的大气层太厚了，根本就看不透。所以水手1号探测器就用不着带什么望远镜，也不用带什么电视摄像机。但是雷达可以穿过浓密的云雾，所以雷达是一定要带的。
顺便，探测器还要测量一下金星的气温。当时大家已经发现，金星的大气温度好像高的不正常，那么到底有多高呢？你也不知道啊。正因为金星大气实在太浓密了，所以金星到底自转不自转呢？自转速度是多少呀？我们也看不出个所以然。但是这个转速是可以用雷达测出来的，OK，我们这回一定要好好测一测。
像盖格计数器这种玩意儿，几乎是每个探测器都必备的，这回可以用来测量一下金星外圈有没有类似地球的这种范艾伦辐射带。
水手1号发射
水手1号探测器于1962年7月21日发射升空。刚发射没多久，大家就发现，火箭似乎偏离了原定的轨道，地面发出了纠正指令，反而是越纠正越偏，这到底是咋回事呢？发射6分钟以后，水手1号探测器成功的掉进了大西洋。看来这个水手还是离不开水呀。
地面工程师发现，这枚火箭偏离既定轨道是逐渐慢慢偏移的，它不是突然偏移，也就是说它显然是不受什么外界干扰，而是沿着既定程序发生偏移的，那么就说明问题出在火箭控制程序上。后来大家检查程序才发现，一开始输入的计算公式就是错的。其中有一个字母R，其实应该是（R-bar），也就是大写的字母R上面加一横。
因为公式是手写的，因为字体的潦草，这一横偏偏被忽略了。R-bar代表的是R的平均值，这两个值搞混了。另外，宇宙神3火箭的信标机也工作不正常，读取不了正确的数据。在加上程序本来也用错了变量，使用的数据也不对。软硬件因素叠加，导致了这次事故。
NASA又一次被公众骂的狗血喷头啊，压力那叫一个大。你们都花了多少钱了，怎么一次次的老是放烟花啊？但是，当年的美国实力是真强，NASA也是真有钱啊。一个月以后，第二枚探测器金星2号就被送上了火箭发射架。这次用来发射的还是宇宙神-阿金纳火箭。
这次发射可真是一波三折，情节是反转加反转。火箭刚发射，一台游机就出了毛病。火箭开始加速打滚，导致一二级分离的时候就存在姿态错误。NASA设立在加州戈德斯通、南非约翰内斯堡，澳大利亚伍默拉的地面测控站是全方位无死角的监控着这枚火箭的发射，火箭姿态不正常，可把地面控制人员下出一身冷汗。
澳大利亚伍默拉的测控天线
但是，阿金纳上面级不是有一次关机空档滑行的机会嘛，然后还要二次开机，也就是说，还有调整的余地。阿金纳上面级这次干的还真不错，硬是把姿态给掰回来了，把金星2号探测器送上了去往金星的霍曼转移轨道，虽然还有点偏，不过可以通过以后的二次修正来解决。
过了一会儿，探测器上的太阳能板打开了，对准了太阳方向，天线也对准了地球方向。阳光普照，电池也充满了电，这时候，地面人员可算是松了一口气。剩下就交给牛顿的惯性，让它自己奔着金星轨道运行。
下一步就是轨道修正。这一步需要调整一下探测器的姿态。调整姿态嘛，需要上下转一个角度，左右再转一个角度，然后呢，开发动机推一下。整个过程大概要34分钟。地面人员那个揪心啊，因为探测器一转，太阳能板和天线必然要转向，能不能开完了发动机以后，自动对准呢？这都是说不准的事儿，以前在这个环节掉链子也不是一次两次了。
水手2号
这一次探测器还挺给力，轨道调整完成以后，还是完成了两个方向的校准，太阳能板对准了太阳，天线对准了地球，总算是没失联。
发射了二十多天以后，在1962年的9月18号，探测器突然一歪，探测器内部的陀螺仪倒是工作正常，最后还是慢慢的纠正了姿态，估计是被一颗微小的陨石给撞了一下，导致一时的姿态失稳，这事儿在29号又发生了一次，但是好在有惊无险，探测器依然自动纠正了姿势。
到了10月底，地面测控人员突然发现，有一个电池板不工作了，地面人员马上关闭了探测器上的一部分仪器，这样可以省电。一个礼拜以后，这块电池板自己又好了，可以工作了，地面人员又把仪器打开了。到了11月中旬，这块太阳能板彻底坏了，再也不工作了。好在这时候距离太阳比较近了，反正是比地球附近近多了。太阳光特别充足，一个电池板也足以应付，那就不需要关闭仪器设备了。
水手2号的轨道
探测器又飞了一个月，在12月14号，从距离金星34,773公里的地方飞掠而过。探测器没有足够的燃料来刹车，也就不会被金星捕获。只能飞掠而过，做一次性的探测。探测内太阳系的水星和金星都有这个麻烦，特别是水星，探测速度太快，刹车困难，因此水星探测器极为稀少。
探测器上的微波辐射计做了测量，发现金星上的温度高达500摄氏度，而且表面几乎没有温差，哪里的温度都一样。而且水手2号也没有发现磁场的存在，当然，当时水手2号距离金星还有3.5万公里，这里没有磁场，并不意味着金星就一定没有磁场，也可能是磁场比较弱。如果金星磁场弱于地球的10%，那么水手2号就探测不到了。
水手2号还发现，宇宙尘埃的密度远低于地球附近。这也验证了尤金·帕克提出的理论。帕克是太阳风的提出者，而且他预测，外太阳系的磁场呈现出帕克分布，也就是我们上次讲的类似于电风扇叶片的形状，每一片都有坡度，同时也带有螺旋扭曲。这就叫“帕克分布”。
行星际探测器的周期都很长，毕竟不管是金星还是火星都很远。水手2号发射以后，虽然还没飞到金星呢，但是起码这颗探测器没扎进海里对吧。也算是成功的对吧。NASA终于在舆论上获得了难得的好评，于是NASA觉得自己又行了。他们马上开始准备发射徘徊者5号了，要知道，金星探测只是搂草打兔子，毕竟没人设置期限对吧。月球探测就不一样了，总统的豪言壮语，总要兑现啊。
这一着急啊，就要出事儿了，你急什么呢？我们下次再说。