在信使号被选中后，刘贞婉在2001年发表的论文中为它设计了8条新轨道[5]。其中第7条轨道的规划是：信使号于2004年5月9日被发射，然后3次飞掠金星（VGA1、VGA2与VGA3），最后飞掠1次水星（MGA1），最后于2009年7月2日进入环绕水星的轨道。

刘贞婉于2001年设计的水星轨道器的新轨道中的第7个选项。从外到内的3条虚线圆圈分别代表地球（Earth）、金星（Venus）与水星（Mercury）的轨道。日期标注方式为“月/日/年”（下同）。图片来源：参考文献[5]

NASA采用了这个方案，只是将发射时间往后推迟几天，定在2004年5月11日开始的12天窗口期内。但为了进一步测试探测器，NASA又将发射时间推迟到2004年7月30日开始的15天发射窗口期。

为此，飞行的轨道被重新设计。根据新的轨道，信使号将飞掠地球1次、飞掠金星2次，然后3次飞掠水星，并于2011年3月18日进入轨道。这比原计划的抵达时间迟2年。从这2年的差异也可以看出刘贞婉设计的轨道的高明之处。

2004年8月3日，信使号搭载三角洲II号火箭升空，加上携带的推进剂，探测器的总质量仅1108千克。

信使号搭载三角洲II号火箭升空的情景。图片来源：NASA

此后，信使号于2005年8月2日、2006年10月24日、2007年6月5日、2008年1月14日、2008年10月6日与2009年9月29日，先后飞掠地球、金星、金星、水星、水星与水星。除了这6次飞掠之外，信使号还进行了5次深空机动（DSM）操作，即点燃助推器，执行轨道修正。

信使号的轨道，6次飞掠（flyby）与5次深空机动（DSM）也被分别标出。MOI为水星轨道插入（Mercury Orbit Insertion）的缩写。图片来源：NASA

2011年3月18日，信使号进入水星轨道，成为水星的第一个轨道器，即水星的第一颗人造卫星。由于水星没有天然卫星，所以信使号也是水星的第一颗卫星。从被发射到入轨，信使号飞行了6年7个月零16天，飞行的路程达到79亿千米。

虽然历时漫长，但这样的轨道节省了大量用以最终减速入轨的推进剂。人类也终于在刘贞婉的工作的基础上，以相当低的费用实现了向水星发射轨道器的愿望——它耗费不超过4.5亿美元。这比起动辄十几亿美元甚至几十亿美元的其他行星探测器，可以算得上非常便宜了。

从2011年4月4日到2015年4月30日，信使号一直在执行观测任务，获得了大量成果，有力深化了人类对水星的认识，且至今依然代表人类探测水星的最高水准。

信使号于2008年10月6日飞掠水星期间，在距离水星表面27000千米高度处拍摄的水星图像之一。图片来源：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Arizona State University/Carnegie Institution of Washington

阿普丽尔·马登在All about Space一书中引用了天文学家保罗·伯恩（Paul Byrne）的话：“1985年，喷气推进实验室的颜刘贞婉想到了一条轨道路线，你必须跟着这条路线才可以围绕水星轨道飞行。在此之前，我们根本不知道如何才能让一艘飞船环水星飞行。”[6]

星尘号的轨道设计者

刘贞婉的另一个重要工作是为星尘号（Stardust）采样/探测器设计轨道。星尘号的主要目标是直接采集彗星上面的物质，并携带返回地球。

星尘号采集彗星物质的艺术想象图。图片来源：NASA

1999年2月7日，星尘号搭载三角洲II号火箭升空。在升空时，星尘号的总质量为385千克，其中推进剂的质量约80千克。

星尘号搭载三角洲II号火箭升空的情景。图片来源：NASA/JPL

下图是刘贞婉设计的星尘号的轨道的一部分的简图。图中黄色圆点是太阳；最小的灰色椭圆是地球的轨道；最大的灰色椭圆是怀尔德2号彗星的轨道。

刘贞婉设计的星尘号彗星采样探测器的轨道。图片来源：NASA - Stardust Launch Press Kit

星尘号轨道的几个重要节点是（参照上图）：

1、1999年2月7日升空（红方块所示，图中误标为6日）；2、绕红轨道运行，于2000年3月-5月搜集星际尘埃；3、2001年1月15日飞掠地球（蓝方块所示，大部分被绿色方块覆盖）；4、2002年11月2日，飞掠小行星“5535安妮·弗兰克”（5535 Annefrank，图中未标注）；5、沿蓝轨道运行，于2004年1月2日与怀尔德2号（Wild-2）彗星相遇（黄方块所示），采集后者物质；6、继续沿蓝轨道运行，于2002年7月-12月再次搜集星际尘埃；7、2006年1月15日返回地球（绿色方块所示）上空，探测器将样品返回舱丢向地球大气后离开。

与样本返回舱分离后，星尘号探测器继续环绕太阳飞行，于2011年2月15日飞掠坦普尔1号（Tempel 1，9P/Tempel）彗星。由于星尘号运行持续到2011年，所以它的真实轨道比上图的轨道（到2006年）更复杂。

星尘号于2011年2月14日拍摄的坦普尔1号彗星的照片。图片来源：NASA/JPL-Caltech/Cornell

2011年3月24日，星尘号烧掉剩余的推进剂，关闭通信，圆满完成任务。它携带的推进剂在最后还有多余，这要归功于设计轨道的刘贞婉。

星尘号在任务结束时燃烧剩余的推进剂的艺术想象图。图片来源：NASA/JPL

记得感谢她

在JPL工作的40多年间，刘贞婉不仅设计了信使号与星尘号的最优轨道，参与了旅行者号探测器的轨道设计，还参与了探测土星系统的卡西尼号（Cassini）、探测金星的麦哲伦号（MAGELLAN）、探测木星系统的伽利略号（Galileo）等探测器的轨道设计。她用自己的才智推动了人类探索太阳系内各类天体的进程。

太阳系内天体（八大行星，小行星，彗星）艺术想象图。图片来源：NASA/JPL

在星尘号成功升空后2个月，NASA于1999年4月宣布将原编号为“4606 P-L”的小行星重新命名为“9249颜”（“9249 Yen”）。[1]这既是对刘贞婉（颜刘贞婉）在设计星尘号轨道方面的表彰，也是对她近30年间为各种探测器轨道贡献精巧设计的表彰。

1999年4月9日，NASA的JPL官网发布新闻，标题是《以星尘号彗星任务设计者命名小行星》（Asteroid Named for Stardust Comet Mission Designer）。图片来源：参考文献[1]的截图

2018年10月20日，为纪念朱塞佩·科伦坡而命名的新一代水星轨道器“贝皮·科伦坡”号（BepiColombo，科伦坡的昵称是Bepi）升空。类似于信使号，科伦坡号将用7年多时间飞掠地球1次、飞掠金星2次、飞掠水星6次，然后于2025年12月抵达水星，环绕水星，成为人类历史上第3个水星探测器与第2个水星轨道器。

刘贞婉 图源：参考文献[2]

由于科伦坡号的轨道模式高度复制了信使号的轨道模式，采用的也是刘贞婉于1985年提出的方案，所以美国航天历史专家Dwayne Day说：“当它（贝皮·科伦坡号）到达水星时，希望人们除了感谢朱塞佩·科伦坡之外，还会对刘贞婉表示一点感谢，她在40年前做了计算，激发了人们对水星轨道的思考。”[注4]

注释

[注1] 颜刘贞婉的英文名全称为Chen-Wan Liu Yen，她自己通常缩写为Chen-wan L. Yen或C. W. L. Yen；一些资料则省略Liu，而写为Chen-Wan Yen或C. L. Yen。在文献中，姓也经常被放在名前，因此有其他各种对应的写法，如Yen, C. L.。

[注2] 根据参考文献[1]中提到的“Since joining JPL 27 years ago”以及报道的日期（1999年）倒推出来。

[注3]信使号的英文是“水星表面，空间环境，地质化学与测距”（Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging）的缩写。

[注4]原文为：“When it reaches Mercury, hopefully, in addition to Giuseppe Colombo, some people will give a little thanks to Chen-Wan Yen, who 40 years earlier made the calculations that inspired people to think about orbiting Mercury. ”全文见参考文献[4]。

参考文献

[1]

[2]

[3] Yen, C. L., “Ballistic Mercury Orbiter Mission via Venus and Mercury Gravity Assists,” AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Paper AAS 85-346, Vail, CO, August 12-15, 1985.

[4]

[5] Yen, C. L., “New Trajectory Options for Ballistic Mercury Orbiter Mission,” AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Paper AAS 01-158, Santa Barbara, CA, February 11-15, 2001.

[6] 阿普丽尔·马登：All About Space；中译本为《飞向宇宙深处》（中国画报出版社，2019年9月第一版），译者李诗聪，引文的中文来自该书中文版第63页第一段，仅将“喷射”改为“喷气”（根据中国科学技术出版社《英汉天文学名词》，2015年9月，第一版）。

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