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北京时间2015年3月6日，美国宇航局“黎明号”探测器（以下简称“黎明号”）在经过历时7年半、行程49亿千米的飞行后，终于抵达谷神星，成为迄今为止第一艘环绕矮行星运行的飞行器，而且是环绕地球-月球系统外两个天体（灶神星和谷神星）的第一艘飞行器。“黎明号”任务还是美国宇航局首个使用离子推进技术实施入轨的探测任务。以往的多目标空间飞行任务使用的都是传统驱动，因而只限于进行近飞探测（在低空飞过指定地点）。综合这些方面来看，“黎明号”任务无疑是太空探测历史上的又一个里程碑。
“黎明号”于美国东部时间3月6日早晨7时36分抵达谷神星。实际上，抵达过程从6日凌晨就开始了，但任务控制中心的科学家们并未睡眼惺忪地观看抵达实况转播。这是因为要等到入轨好几小时后，“黎明号”才会调整到可以向地球传输数据的姿势。所以，直到美国东部时间6日傍晚，美国宇航局才收到一个信号，证实“黎明号”状况良好，并且已经从美国东部时间6日上午大约8时36分开始进入环绕谷神星的轨道。
“黎明号”任务的目标是：通过详细调查从形成起就完整保留至今的两颗最大的原行星——谷神星和灶神星，描述太阳系最初很长时期的状况和过程。“黎明号”要回答的一个主要问题是：行星本身大小和所含水量，怎样决定行星的演化？谷神星和灶神星之所以很适合揭示这个奥秘，正是因为它们是个头最大的原行星。谷神星含冰，在地质学上非常原始；灶神星则主要是岩石，在地质学上演化程度高。它们的特征对比鲜明，可能是由于它们形成于太阳系早期的两个不同区域。
“黎明号”的主要科学任务有三个。首先，它要回溯太阳系最初起源时期的状况，了解太阳系天体的形成条件。第二，“黎明号”要确定构筑类地行星的材料单元的本质，深化对类地行星形成过程的了解。最终，它要对比研究谷神星和灶神星的不同形成与演化过程，让科学家得以确定是哪些因素在控制和决定着这些演化。
一波三折终于升空
在发射位置，当太阳能电池板回缩时，“黎明号”的长度是2.36米。当太阳能电池板完全展开时，“黎明号”的长度是19.7米。太阳能电池板的总面积是36.4平方米。“黎明号”由3台氙离子推进器驱动，这些推进器沿用的是美国宇航局“深空1号”飞船的推进技术。包括离子推进器在内的整艘“黎明号”，由一张10千瓦的多结砷化镓光伏太阳能电池板供电，这张电池板由荷兰空间局提供。
为了抵达灶神星，“黎明号”被分配了275千克的氙。为了抵达谷神星，它被分配了110千克的氙。它搭载的氙的总质量是425千克。利用携带的推进剂，“黎明号”可在任务期内执行每秒超过10千米的变速，这超过此前任何在与运载火箭分离后依赖机载推进剂的飞行器。发射“黎明号”是美国宇航局使用离子推进引擎进行的第一次纯探索任务。这艘飞行器还使用了12部0.9牛的肼推进器来实施高度控制，这有助于轨道插入。
借助引力探访“灶神”
在设备初始测试期间，“黎明号”的离子推进器累积推进力超过11天。2007年12月7日，“黎明号”开始了长期性巡航推进。2008年10月31日，“黎明号”完成了首次推进阶段，踏上飞往火星的征途，目的是在2009年近距离飞过火星时得到其引力援助。在这一首次行星际巡航阶段，“黎明号”在270天（即这一阶段的85%）中使用了自己的推进器。为了完成每秒1.81千米的总的速度改变，“黎明号”花费了近72千克的氙推进剂。2008年11月20日，“黎明号”实施第一次轨道修正机动，其1号推进器燃烧了2小时11分钟。
“黎明号”在2009年2月17日到达与火星最接近的位置，当时它距离火星549千米，成功获得火星的引力援助。这一天，“黎明号”进入安全模式，造成数据获取功能部分丧失。两天后，“黎明号”重新进入全面操作模式，功能未受到此前进入安全模式的任何影响。这既在科学家预料中，也有些出乎他们预料。“黎明号”之所以会进入安全模式，其实是由于一个软件编程故障。现在看来，幸亏这一故障并不严重。
为了从地球一路巡航至目标天体，“黎明号”的飞行轨迹是一个不断向外扩展的椭圆。美国宇航局在其网站上持续发布“黎明号”的位置和状况：2007年9月27日，发射；2009年2月17日，火星引力援助；2011年7月16日，到达灶神星，并且被灶神星的引力捕获；2011年8月11日到8月31日，进入灶神星勘测轨道；2011年9月29日到2011年11月2日，位于环绕灶神星的高轨道；2011年12月12日到2012年5月1日，位于环绕灶神星的低轨道；2012年6月15日到2012年7月25日，位于环绕灶神星的中间轨道（高轨道和低轨道之间）；2012年9月5日，“黎明号”离开灶神星；2015年3月6日，抵达谷神星；2016年年初，预计结束对谷神星的主要探测任务。
随着“黎明号”逐渐接近灶神星，它的取景相机也开始对灶神星拍摄像素越来越高的照片，美国宇航局则在新闻发布会和网上发布这些照片。2011年5月3日，“黎明号”对灶神星进行首次拍照，当时它距离灶神星120万千米，也由此开始对这颗小行星实施越来越近距离的探测。2011年6月12日，“黎明号”降低了自己与灶神星之间的相对速度，为34天后的轨道插入做准备。
按照计划，在利用自己的离子引擎进行一段时间的推进后，“黎明号”于2011年7月16日世界调整时间5时插入轨道。由于在加速推进期间“黎明号”的天线背离地球，科学家无法立即证实它是否成功完成了这次机动。接着，“黎明号”重新定向，并且在2011年7月17日世界调整时间6时30分向地面控制中心“签到”。美国宇航局稍后证实收到来自“黎明号”的遥感勘测，表明这艘飞行器成功进入环绕灶神星的轨道。但这次轨道插入的准确时间无法证实，因为它取决于灶神星的质量分布，而当时这一分布并不为科学家确知，他们对此只能进行预估。
在2011年7月16日被灶神星引力捕获并进入环绕灶神星的轨道后，“黎明号”通过使用太阳能运转自己的氙离子引擎，转移到一个距离灶神星更近的较低轨道。2011年8月2日，它暂停螺旋式靠近灶神星，进入一个周期为69小时的勘测轨道，距离灶神星2750千米。2011年9月27日，它进入一个周期仅为12.3小时的勘测绘图轨道，距离灶神星680千米。最后，在2011年12月8日，它进入一个周期只有4.3小时的绘图轨道，距离灶神星才210千米。
从2014年12月1日起，“黎明号”开始对谷神星进行拍照。2015年1月13日和25日，美国宇航局发布了“黎明号”拍摄的谷神星视频资料。“黎明号”在2015年1月26日拍摄的谷神星照片的像素，超过了哈勃太空望远镜拍摄的同类图像。科学家表示，“新地平线号”飞行器计划在2015年5月5日拍摄的冥王星照片的像素，也将超过哈勃太空望远镜拍摄的同类图像。
因为已经有两只反力轮出现故障，所以“黎明号”在接近谷神星期间对它的照相观测数量，将少于它在靠近灶神星期间对灶神星的照相观测数量。照相观测要求“黎明号”改变方向，而这会消耗宝贵的肼燃料。在轨道插入，从而开始对谷神星实施全面观测之前，“黎明号”计划对谷神星进行7次（分别是在2015年1月13日和25日、2月3日和25日、3月1日、4月10日和19日）导航摄影观测，以及2次（分别是在2月12日和19日）全旋转观测。之所以会在3月和4月初出现间隙，是因为在此期间从“黎明号”最有利的观测点看去，谷神星过于靠近太阳，所以无法对它安全拍照。
由于“黎明号”已于2015年3月6日进入谷神星轨道，因此“新地平线号”如果能在2015年7月顺利抵达冥王星，那么“黎明号”就比它提前4个月开始近距离探索一颗矮行星。按照计划，为了实施首次全面绘图，“黎明号”要进入距离谷神星1.35万千米的轨道，在这个轨道中待15天。在此期间，“黎明号”对谷神星进行拍照和传感测量，所得数据都传回地球。接着，“黎明号”呈螺旋式下降到距离谷神星4430千米的勘测轨道，在这里待22天。在此期间，“黎明号”采用取景相机拍摄谷神星全球，采用可见光和红外绘图光谱仪绘制谷神星全球地图。再接着，“黎明号”螺旋式下降至距离谷神星1480千米的轨道中。2015年8月，“黎明号”将在这个轨道中开始为期两个月的环绕绘图阶段。在此期间，它将对谷神星进行像素高于勘测绘图阶段的拍摄和光谱解析。它还将拍摄谷神星表面的立体图。2015年11月，“黎明号”将开始最近距离环绕谷神星，其轨道与谷神星的距离将只有大约375千米。“黎明号”计划在这个轨道中待3个月，在此期间，采用机载伽马射线和中子探测器获取对谷神星的探测数据，同时进行引力调查。
科学家原本希望，在“黎明号”的主要探测任务完成后，它有可能在2018年对2号小行星（即智神星，位于木星和火星轨道之间）实施近飞探测。届时，智神星将跨越黄道面（是一个假想平面，理论上它包含地球环绕太阳运行的轨道）。因为智神星轨道的倾角很高，所以就算“黎明号”能对它实施近飞探测，也只能是很短暂的探测。由于“黎明号”的反力轮迄今已有两只损坏，因此它的剩余肼燃料将需要用在提升剩余反力轮的功能，从而让“黎明号”能在谷神星的低轨道中定向方面。这样一来，它就不可能有剩余燃料来执行智神星近飞探测。科学家预料，当“黎明号”的任务结束后，它将成为谷神星的一颗永恒卫星，这是因为它最后的轨道具有高度稳定性。
本文图片由美国宇航局（NASA）提供
“黎明号”于美国东部时间3月6日早晨7时36分抵达谷神星。实际上，抵达过程从6日凌晨就开始了，但任务控制中心的科学家们并未睡眼惺忪地观看抵达实况转播。这是因为要等到入轨好几小时后，“黎明号”才会调整到可以向地球传输数据的姿势。所以，直到美国东部时间6日傍晚，美国宇航局才收到一个信号，证实“黎明号”状况良好，并且已经从美国东部时间6日上午大约8时36分开始进入环绕谷神星的轨道。
“黎明号”任务的目标是：通过详细调查从形成起就完整保留至今的两颗最大的原行星——谷神星和灶神星，描述太阳系最初很长时期的状况和过程。“黎明号”要回答的一个主要问题是：行星本身大小和所含水量，怎样决定行星的演化？谷神星和灶神星之所以很适合揭示这个奥秘，正是因为它们是个头最大的原行星。谷神星含冰，在地质学上非常原始；灶神星则主要是岩石，在地质学上演化程度高。它们的特征对比鲜明，可能是由于它们形成于太阳系早期的两个不同区域。
“黎明号”的主要科学任务有三个。首先，它要回溯太阳系最初起源时期的状况，了解太阳系天体的形成条件。第二，“黎明号”要确定构筑类地行星的材料单元的本质，深化对类地行星形成过程的了解。最终，它要对比研究谷神星和灶神星的不同形成与演化过程，让科学家得以确定是哪些因素在控制和决定着这些演化。
一波三折终于升空
在发射位置，当太阳能电池板回缩时，“黎明号”的长度是2.36米。当太阳能电池板完全展开时，“黎明号”的长度是19.7米。太阳能电池板的总面积是36.4平方米。“黎明号”由3台氙离子推进器驱动，这些推进器沿用的是美国宇航局“深空1号”飞船的推进技术。包括离子推进器在内的整艘“黎明号”，由一张10千瓦的多结砷化镓光伏太阳能电池板供电，这张电池板由荷兰空间局提供。
为了抵达灶神星，“黎明号”被分配了275千克的氙。为了抵达谷神星，它被分配了110千克的氙。它搭载的氙的总质量是425千克。利用携带的推进剂，“黎明号”可在任务期内执行每秒超过10千米的变速，这超过此前任何在与运载火箭分离后依赖机载推进剂的飞行器。发射“黎明号”是美国宇航局使用离子推进引擎进行的第一次纯探索任务。这艘飞行器还使用了12部0.9牛的肼推进器来实施高度控制，这有助于轨道插入。
借助引力探访“灶神”
在设备初始测试期间，“黎明号”的离子推进器累积推进力超过11天。2007年12月7日，“黎明号”开始了长期性巡航推进。2008年10月31日，“黎明号”完成了首次推进阶段，踏上飞往火星的征途，目的是在2009年近距离飞过火星时得到其引力援助。在这一首次行星际巡航阶段，“黎明号”在270天（即这一阶段的85%）中使用了自己的推进器。为了完成每秒1.81千米的总的速度改变，“黎明号”花费了近72千克的氙推进剂。2008年11月20日，“黎明号”实施第一次轨道修正机动，其1号推进器燃烧了2小时11分钟。
“黎明号”在2009年2月17日到达与火星最接近的位置，当时它距离火星549千米，成功获得火星的引力援助。这一天，“黎明号”进入安全模式，造成数据获取功能部分丧失。两天后，“黎明号”重新进入全面操作模式，功能未受到此前进入安全模式的任何影响。这既在科学家预料中，也有些出乎他们预料。“黎明号”之所以会进入安全模式，其实是由于一个软件编程故障。现在看来，幸亏这一故障并不严重。
为了从地球一路巡航至目标天体，“黎明号”的飞行轨迹是一个不断向外扩展的椭圆。美国宇航局在其网站上持续发布“黎明号”的位置和状况：2007年9月27日，发射；2009年2月17日，火星引力援助；2011年7月16日，到达灶神星，并且被灶神星的引力捕获；2011年8月11日到8月31日，进入灶神星勘测轨道；2011年9月29日到2011年11月2日，位于环绕灶神星的高轨道；2011年12月12日到2012年5月1日，位于环绕灶神星的低轨道；2012年6月15日到2012年7月25日，位于环绕灶神星的中间轨道（高轨道和低轨道之间）；2012年9月5日，“黎明号”离开灶神星；2015年3月6日，抵达谷神星；2016年年初，预计结束对谷神星的主要探测任务。
随着“黎明号”逐渐接近灶神星，它的取景相机也开始对灶神星拍摄像素越来越高的照片，美国宇航局则在新闻发布会和网上发布这些照片。2011年5月3日，“黎明号”对灶神星进行首次拍照，当时它距离灶神星120万千米，也由此开始对这颗小行星实施越来越近距离的探测。2011年6月12日，“黎明号”降低了自己与灶神星之间的相对速度，为34天后的轨道插入做准备。
按照计划，在利用自己的离子引擎进行一段时间的推进后，“黎明号”于2011年7月16日世界调整时间5时插入轨道。由于在加速推进期间“黎明号”的天线背离地球，科学家无法立即证实它是否成功完成了这次机动。接着，“黎明号”重新定向，并且在2011年7月17日世界调整时间6时30分向地面控制中心“签到”。美国宇航局稍后证实收到来自“黎明号”的遥感勘测，表明这艘飞行器成功进入环绕灶神星的轨道。但这次轨道插入的准确时间无法证实，因为它取决于灶神星的质量分布，而当时这一分布并不为科学家确知，他们对此只能进行预估。
在2011年7月16日被灶神星引力捕获并进入环绕灶神星的轨道后，“黎明号”通过使用太阳能运转自己的氙离子引擎，转移到一个距离灶神星更近的较低轨道。2011年8月2日，它暂停螺旋式靠近灶神星，进入一个周期为69小时的勘测轨道，距离灶神星2750千米。2011年9月27日，它进入一个周期仅为12.3小时的勘测绘图轨道，距离灶神星680千米。最后，在2011年12月8日，它进入一个周期只有4.3小时的绘图轨道，距离灶神星才210千米。
从2014年12月1日起，“黎明号”开始对谷神星进行拍照。2015年1月13日和25日，美国宇航局发布了“黎明号”拍摄的谷神星视频资料。“黎明号”在2015年1月26日拍摄的谷神星照片的像素，超过了哈勃太空望远镜拍摄的同类图像。科学家表示，“新地平线号”飞行器计划在2015年5月5日拍摄的冥王星照片的像素，也将超过哈勃太空望远镜拍摄的同类图像。
因为已经有两只反力轮出现故障，所以“黎明号”在接近谷神星期间对它的照相观测数量，将少于它在靠近灶神星期间对灶神星的照相观测数量。照相观测要求“黎明号”改变方向，而这会消耗宝贵的肼燃料。在轨道插入，从而开始对谷神星实施全面观测之前，“黎明号”计划对谷神星进行7次（分别是在2015年1月13日和25日、2月3日和25日、3月1日、4月10日和19日）导航摄影观测，以及2次（分别是在2月12日和19日）全旋转观测。之所以会在3月和4月初出现间隙，是因为在此期间从“黎明号”最有利的观测点看去，谷神星过于靠近太阳，所以无法对它安全拍照。
由于“黎明号”已于2015年3月6日进入谷神星轨道，因此“新地平线号”如果能在2015年7月顺利抵达冥王星，那么“黎明号”就比它提前4个月开始近距离探索一颗矮行星。按照计划，为了实施首次全面绘图，“黎明号”要进入距离谷神星1.35万千米的轨道，在这个轨道中待15天。在此期间，“黎明号”对谷神星进行拍照和传感测量，所得数据都传回地球。接着，“黎明号”呈螺旋式下降到距离谷神星4430千米的勘测轨道，在这里待22天。在此期间，“黎明号”采用取景相机拍摄谷神星全球，采用可见光和红外绘图光谱仪绘制谷神星全球地图。再接着，“黎明号”螺旋式下降至距离谷神星1480千米的轨道中。2015年8月，“黎明号”将在这个轨道中开始为期两个月的环绕绘图阶段。在此期间，它将对谷神星进行像素高于勘测绘图阶段的拍摄和光谱解析。它还将拍摄谷神星表面的立体图。2015年11月，“黎明号”将开始最近距离环绕谷神星，其轨道与谷神星的距离将只有大约375千米。“黎明号”计划在这个轨道中待3个月，在此期间，采用机载伽马射线和中子探测器获取对谷神星的探测数据，同时进行引力调查。
科学家原本希望，在“黎明号”的主要探测任务完成后，它有可能在2018年对2号小行星（即智神星，位于木星和火星轨道之间）实施近飞探测。届时，智神星将跨越黄道面（是一个假想平面，理论上它包含地球环绕太阳运行的轨道）。因为智神星轨道的倾角很高，所以就算“黎明号”能对它实施近飞探测，也只能是很短暂的探测。由于“黎明号”的反力轮迄今已有两只损坏，因此它的剩余肼燃料将需要用在提升剩余反力轮的功能，从而让“黎明号”能在谷神星的低轨道中定向方面。这样一来，它就不可能有剩余燃料来执行智神星近飞探测。科学家预料，当“黎明号”的任务结束后，它将成为谷神星的一颗永恒卫星，这是因为它最后的轨道具有高度稳定性。
本文图片由美国宇航局（NASA）提供