告别引擎舱：贝皮·科伦坡号开启人类最全面的水星探索

2026年9月3日下午，德国达姆施塔特的欧洲航天飞行操作中心一片肃静。此刻，距离地球超过2亿公里、飞行了将近八年的欧日联合探测器贝皮·科伦坡号（BepiColombo），正执行一项不可逆的操作：抛弃陪伴它穿越内太阳系的水星转移模块（Mercury Transfer Module，简称MTM）。

▲模拟视频：水星转移模块（带离子发动机与太阳翼）与两艘科学轨道器分离。来源：ESA

中欧夏令时14:00（北京时间20:00），船上预置程序解锁机械锁定装置，四组弹簧轻轻一推，水星转移模块与科学载荷分离。无线电单向时延约11分钟，地面无法实时干预。

▲约41分钟后，测控网先捕捉到多普勒频移——那是模块被弹开、组合体速度微变留下的无线电指纹。15:52（北京时间21:52），西班牙塞布雷罗斯与阿根廷马拉圭埃（Malargüe）的欧空局深空测控网（Estrack）天线同时锁定信号：分离成功，欧洲水星行星轨道器（MPO）的太阳能电池板开始给蓄电池充电。

至此，人类对水星最雄心勃勃的一次造访，正式进入抵达阶段。空客打造的这台「引擎舱」把两艘科学轨道器送到了太阳门口；接下来的路，要靠它们自己走完。

●一位被昵称点亮的科学家

此次任务以意大利数学家、工程师朱塞佩·科伦坡（Giuseppe Colombo，1920—1984）命名。「贝皮」（Bepi）是他的昵称，中文也有译作哥伦布、可伦坡。帕多瓦大学这位想象力惊人的学者，首先指出水星存在独特的「三比二」自旋–公转共振：绕太阳公转两圈，自转恰好三圈。这意味着水星上的一昼夜比一年还长，向阳面被烤、背阴面骤冷，温差可以拉开将近六百摄氏度。

更关键的是，他向NASA建议，利用金星引力助推，把水手10号送入可多次邂逅水星的太阳轨道——1974至1975年，水手10号因此三次飞越水星，成为人类第一艘探访这颗最内侧行星的航天器。半个世纪后，以他名字命名的探测器，把引力助推玩到了极致：一次地球、两次金星、六次水星，共九次行星飞越，创下行星探测器飞越次数的纪录。

●四件套叠在一起飞

贝皮·科伦坡号不是一艘船，而是四件航天器叠成的「三明治」。

最底层是空客研制的水星转移模块（MTM），相当于一艘太阳能电推进拖船：两翼太阳帆板展开后翼展约30米，四台英国QinetiQ公司的T6考夫曼型离子发动机把氙气电离后高速喷出，最大合力约290毫牛顿，只相当于一只小苹果的重量。推力虽微，比冲高达约4300秒——同样燃料能产生的总冲量约为化学火箭的十倍——适合长达数年的细水长流。欧洲航天局（ESA，下称欧空局）称其为深空中功率最强的电推进阵列之一。巡航中通常两台发动机同时工作，靠积少成多改写绕太阳的轨道。

水星转移模块之上是欧空局的水星行星轨道器（MPO），三轴稳定，始终朝向水星，外形约2.4×2.2×1.7米，质量约1230千克，科学载荷约85千克，携带11台仪器，负责测绘表面、探测内部与成分。再往上是遮阳罩与接口结构（MOSIF）：日本轨道器是自旋稳定的，巡航阶段不能自己对着太阳「翻面散热」，必须躲在这顶帽子下面。最顶端是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的水星磁层轨道器「Mio」（日文「澪」，意为水路；正式编号亦称MMO），直径约1.8米、高约1.1米，质量约255千克，科学载荷约45千克，五组仪器专攻磁场、等离子体与稀薄大气。入轨后它将伸出四根各长15米的线天线和两根5米磁力计伸杆，把自己变成一座会飞的空间物理观测站。

2018年10月20日，整套组合体发射质量约4100千克（含推进剂约1400千克），搭乘阿丽亚娜5号火箭从法属圭亚那库鲁升空。欧日双方任务投入约18亿美元量级。这是人类第三艘造访水星的探测器，也是第二艘将进入环水星轨道的探测器，而且是迄今最复杂的一次——此前只有NASA水手10号三次飞越，以及信使号（MESSENGER）于2011至2015年完成首次环绕测绘。

▲贝皮·科伦坡号第六次飞越水星时，MTM监视相机拍下的坑原与太阳翼。图源：ESA / BepiColombo / MTM

●去水星，比去冥王星还费劲

直觉上，水星就在太阳门口，飞过去似乎该很快。事实恰恰相反：把航天器送入环水星稳定轨道所需的速度改变量，甚至超过飞掠冥王星。太阳引力井太深，探测器会被一路加速；水星质量仅约地球的5.5%，几乎抓不住高速来客。必须一边用离子发动机持续减速，一边借行星引力一次次削去能量。直接冲进去，不是被太阳拽跑，就是与水星擦肩而过。

环境同样极端。水星距日平均约5800万公里，日照强度约为地球轨道的十倍；白昼表面可超过420°C，极地永久阴影坑里却可能藏着水冰，夜间可降至约-170°C。MTM的太阳翼不能长时间正对太阳，否则会过热退化，只能斜着晒，因此才需要那么大的面积。这也是为什么巡航要走八年、飞越九次，累计航程约90亿至100亿公里。

九次飞越依次为：地球（2020年4月10日），金星（2020年10月15日、2021年8月11日），水星（2021年10月1日、2022年6月23日、2023年6月19日、2024年9月4日、2024年12月1日、2025年1月8日）。巡航期间，装在MTM上的工程监视相机已经拍下布满撞击坑的水星表面，第六次飞越还掠过了北极附近区域。真正的科学相机此前被转移模块挡住，要等分离之后才迎来「第一缕光」。

●一次差点改写结局的电力故障

2024年4月26日，贝皮·科伦坡号正准备再次点燃离子发动机、做下一段长时间「电刹车」时，水星转移模块的功率调节与分配单元（PCDU）出现异常电流，太阳翼送来的电无法足额送到四台T6发动机。故障出在电源调节链，而不是发动机本身。到5月7日，推力恢复到原水平的约90%，但再也回不到满分。

欧空局任务经理圣塔·马丁内斯（Santa Martinez）后来宣布：以当时推力，无法按原计划在2025年12月入轨。飞行力学团队重写了整条接近轨道——把2024年9月4日第四次水星飞越的最近距离从约200千米压到165千米，多蹭一点引力刹车——科学目标得以保全，抵达时间推迟约11个月，改到2026年11月。「新轨道保住了既定科学任务，同时允许航天器在最后接近时使用更低推力。」马丁内斯当时说。

2026年6月15日15:24（中欧夏令时，北京时间21:24），四台离子发动机喷完最后一口气，那道淡蓝色辉光永久熄灭。此后组合体只能靠惯性滑行，等着9月3日扔掉已经变成累赘的MTM。对未来深空电推进任务，这是一条深刻教训：瓶颈未必是发动机，而可能是给发动机供电的那一环。

分离发生在距太阳约6300万公里处——不到日地距离的一半。高温与强辐射让姿态控制、热控与电源切换都没有回头路。欧空局内太阳系任务运行主管伊格纳西奥·坦科（Ignacio Tanco）对媒体说，这就相当于「发射一艘新航天器」，只不过这艘新航天器碰巧在另一颗行星附近，而且若干传感器与机构是第一次真正上岗，「存在相当风险」。欧空局事后也称，这是该局执行过的最苛刻操作流程之一。

结果令人宽慰。贝皮·科伦坡号航天器运行经理埃尔莎·蒙塔尼翁（Elsa Montagnon）确认：巡航阶段一直见不到太阳的水星行星轨道器太阳翼已经展开工作，「功率余量为正，太阳能电池阵正在给分离过程中放空的蓄电池充电。这都是极好的消息。」分离时探测器距水星仍约330万公里。扔掉拖船之后，组合体变成更轻的「MPO＋Mio＋遮阳罩」，由MPO的化学推进接管。工程监视相机也随MTM离去，主相机等关键仪器的视野第一次真正打开。

●从11月入轨到明年春天开张

抵达阶段没有一脚刹车就入轨的痛快，而是长达约半年的连续操作。

2026年11月21日，水星行星轨道器点燃化学发动机，把仍连在一起的两艘科学轨道器减速，让水星引力轻轻兜住它们——这种近乎擦边的入轨叫做弱捕获。初始轨道周期约60小时。这一烧几乎没有第二次机会。

12月9日至10日，MPO以自旋弹射方式把Mio送入独立轨道：近水点约590千米、远水点约11640千米的极轨，周期约9.3小时，用来扫过磁层。随后抛弃遮阳罩MOSIF。

此后数月，MPO逐步降低轨道、展开伸杆，预计2027年3月进入近水点约480千米、远水点约1500千米、周期约2.3小时的极轨。两器计划于2027年4月同步开始正式科学观测。额定任务期各约一个地球年（约四个水星年），视健康状况可延至2029年4月前后。

两艘航天器将在同一轨道面上、不同高度同时工作——这是水星探测史上的第一次。一艘贴着行星读地质，一艘在高处读空间天气，二者可以互为校准。

●信使号留下的问题，正等着双星作答

NASA信使号给了人类第一张全球水星地图，也留下一串更尖锐的问题。水星密度高得反常，铁核半径约占行星半径的四分之三；它体积小、理应早早冷固，却仍保有约地球百分之一强度的全球磁场。▲水星表面有神秘的「空洞」（hollows）——浅而亮、边缘锐利的塌陷地貌，似乎仍在缓慢演化。极地永久阴影坑里疑有水冰，赤道却热得能融化铅。稀薄的钠外逸层随太阳风剧烈起伏，像一层时有时无的「钠气雾」。

这些现象指向同一个大问题：这颗最靠近太阳的类地行星，究竟是怎样形成、又怎样活到今天的？它是不是一颗被剥去外壳的原行星内核？磁场是如何在如此苛刻的条件下维持的？极地的冰从何而来——彗星、火山排气，还是太阳风植入的氢与表面氧结合？

贝皮·科伦坡号的科学目标，正是把这些线索一次测清。欧空局项目科学家杰兰特·琼斯（Geraint Jones）说：「我们需要高分辨率测绘整颗行星，回答信使号第一次详细勘探后留下的许多问题。我们还要用肉眼看不见的新波段，看清它到底由什么构成。」两器同轨，对理解太阳风如何击打类地行星，将带来革命性的差别。

水星行星轨道器携带的11台仪器覆盖激光测高（BELA）、热红外与辐射计（MERTIS）、成像X射线光谱（MIXS）、伽马射线与中子（MGNS）、紫外外逸层（PHEBUS）、中性成分（SERENA）、立体成像与光谱套件（SIMBIO-SYS）、磁力计、加速度计、太阳X射线粒子谱，以及用Ka波段测距、把水星当作太阳引力场中精密「检验质量」来检验广义相对论的无线电科学实验MORE。

水星磁层轨道器Mio则带着磁力计、等离子体粒子实验、等离子体波仪器、钠大气光谱成像仪和尘埃监测器，在高椭圆轨道里反复穿越磁层边界。信使号只有一艘船，只能在一个位置取样；现在两艘船可以同时测量太阳风从外侧打进来、磁层在内侧如何回应。

马丁内斯说：「水星是极具挑战的目的地，难到达，更难在那里工作。但这次任务真正独特之处在于，人类第一次把两艘航天器同时送入这颗神秘天体附近并进入轨道。这将为科学界带来前所未见的水星图景，打开理解太阳系的新篇章。」

八年、九次飞越、近百亿公里、一台几乎改写时间表的电源故障、一次无法重来的分离——贝皮·科伦坡号把人类送进水星的方式，本身就是一部工程史。MTM的使命已经完成，它将作为一艘沉默的离子拖船，继续沿自己的绕日轨道漂流。

真正的科学探测，要等到2027年春天。届时，欧洲的测绘者MPO和日本的磁层哨兵Mio将在灼热的内太阳系里并肩运行：一艘贴着坑沿读地形和成分，一艘在磁泡里数太阳风的粒子。对这颗被太阳烤了46亿年、却仍藏着冰、铁核与磁场的小世界来说，最全面的一次盘点，才刚刚揭开舱盖。

主要依据：欧空局抵达阶段更新与任务手册（2026年9月3日MTM分离确认；11月21日入轨、12月9–10日双器分离、2027年4月科学运行）；Ars Technica、TechTimes及相关飞越、故障与推进系统报道。发射质量、轨道与仪器配置以ESA Factsheet为准；