空间尘埃探测方案研究

根据天文观测，尘埃粒子在太阳系和整个银河系中都普遍存在着。尘埃粒子和光子一样，携带了空间中某一时空点的信息，根据尘埃粒子的起源地和它们的整体性质，可以了解尘埃形成区域周围的空间环境。行星大气周围尘埃的各种动力学特性会影响行星的气候演变。不仅如此，尘埃粒子还会对进行深空探测的航天器有重大影响，当这些尘埃沉积在航天器太阳电池和光学敏感器等表面时，直接影响航天器的电位和性能，影响到光学敏感器的光学特性和图像质量。在行星际空间中，尘埃首先来自太阳系中大椭圆轨道运行的彗星，彗星表面可挥发冰状物的升华气压把尘埃粒子推入周围空间，较大颗粒的尘埃粒子获得与彗星母体相同的轨道，继而形成慧尾。尽管慧尾聚集了大量尘埃，但行星摄动、星体碰撞等其它效应也会产生大量布于行星际间的尘埃。

除了彗星，尘埃的另一个重要来源就是小行星带。小行星之间的碰撞产生的碎片的直径有很宽的分布，其中一部分形成流星和黄道带内的尘埃云。一般认为，来自小行星的尘埃粒子的成分和结构反映了小行星母体的成分和结构，该类尘埃大部分属于硅酸盐并富含铁元素。它们的轨道有很小的轨道交角而且越来越接近圆形，这和来自彗星的尘埃的大椭圆轨道有明显的区别。

尘埃也可能起源于银河系内各种不同的行星和恒星体，例如，富碳行星、红巨星或超新星。所有这些星体为尘埃提供了典型的但不同的化学的和同位素的特征，通过同位素分析，就可以鉴别出古老陨石中太阳系形成之前的尘埃。

空间尘埃探测器的主要探测任务是探测尘埃的质量、速度、飞行方向、化学成分及其同位素、所带电荷情况和尘埃流的通量等。空间尘埃探测器的结构包括两个重要的探测单元: 尘埃轨迹探测器和反射式质谱计。整个装置还包括底部的电子器件箱和旋转机构，当该装置处于探测状态时，为保证反射式质谱计和尘埃轨迹探测器达到合适的指向角度，旋转机构内的电机可以使装置在垂直面内倾斜一定角度，同时可以使尘埃轨迹探测器围绕反射式质谱计在水平面内旋转。

随着载人航天工程、探月工程和火星探测任务的实施，空间尘埃探测器的搭载将具有现实的可实施性。在地球周围的轨道上，搭载方案有两种，一种是搭载在高轨卫星上，可以探测地球尾迹上的尘埃颗粒; 另一种是搭载在中低轨道航天器上，如空间站的外部，但这种情况下探测的尘埃数据容易受到地球周围空间碎片的影响。在围绕火星环绕的轨道上探测尘埃，可以更好地了解火星及其卫星上的元素组成。此外，在地球和太阳引力平衡的拉格朗日点( L1，L2) 上放置尘埃探测器，可以使探测器具有很好的方向稳定性，特别是位于L2点的尘埃探测器可以背向太阳和地球，易于校准和保护探测数据。现阶段，利用尘埃探测器探测从行星际空间飞往月球表面的尘埃是深空探测的一个方向，而且月球表面尘埃情况作为月球空间天气的一部分，可以为未来建立月球基地，开采月球资源提供可靠的环境资料。经过分析，利用登陆月球的着陆器进行探测，月球着陆器本身作为一个尘埃观测平台，同时也可以和月面天文望远镜平台结合，利用这些平台实现长时间的月球表面尘埃环境的探测。