微型卫星兴首,异日"穷国"也能探测火星和金星

来源:未知 作者:admin 发表于:2020-07-17 04:14  点击:
作者 | 幼幼 出品 | 科技《知否》栏现在组(公多号:tech_163) 以前几十年来,人类追求太空的手段不光耗时费力,而且成本昂扬。但是卫星幼型化技术的兴首正在重塑太空追求走业。

作者 | 幼幼

出品 | 科技《知否》栏现在组(公多号:tech_163)

以前几十年来,人类追求太空的手段不光耗时费力,而且成本昂扬。但是卫星幼型化技术的兴首正在重塑太空追求走业。

图:2019年8月,Rocket Lab的Electron火箭从新西兰发射起飞

今年年头,美国宇航局(NASA)为答该选择哪些机器人义务来追求太阳系而苦死路不已。来自美国各地的钻研人员挑出了20多个思想,如探测幼走星和金星大气层、钻探月球熔岩管道等。最后,NASA选择了其中四个发现级义务。几个月后,NASA又从四项义务中挑选两项全额资助,每项义务成本上限为4.5亿美元,并将在异日十年内发射探测器。对于未被选中的思想,异日几年能够会有更多的机会,但这必要漫长的期待。

这就是NASA几十年来从事太空追求的手段。科学家们最先挑出各栽各样相关太阳系追求的思想,然后NASA确定几个重点项现在进走资助。从最初的思想到将数据带回地球,整个过程清淡必要几十年的时间。这栽手段取得了惊人的成功。在以前的半个世纪里,NASA追求了太阳系中的大无数大型天体,包括太阳、水星、冥王星等。然而,关于太阳系,仍有太多的隐秘期待吾们去晓畅。

现在,新兴技术能够会推动NASA和世界其他机构进入一个所花时间更短、成本更矮的太空追求时代,这将促使人们在短时间内进走更多的追求,并使进入太阳系变得更加容易。

近年来,很多新兴公司正在为发射微型卫星开发新型火箭,每次发射的成本约为1000万美元。火箭实验室公司(Rocket Lab)已经宣布了其幼型火箭Electron的登月计划。维珍轨道公司(Virgin Orbit)已经与多家波兰大学配相符,行使其LauncherOne运载火箭向火星发射了三次义务。

与此同时,卫星的各栽零部件,从推进体系到电池再到所携带的仪器,都在幼型化。就像手机那样,现在的智能手机比几十年前的大型机具有更强的计算能力,微型卫星也在按照同样的基本趋势。

此外,微型卫星的潜力已经得到实践检验。两年前,NASA建造的两颗立方体卫星(CubeSat)与洞察号(InSight)义务同时发射起飞。在太空中,这些微型卫星打开了本身的太阳能电池板,安详了轨道,总所以面向太阳的倾向旋转,然后前去火星。

西雅图科技公司First Mode的行使走星科学家伊丽莎白·弗兰克(Elizabeth Frank)说:“吾们正处于专门趣味的时刻,人们能够更快地完善太空义务,再也不必要动辄消耗几十年的时间。这创造了更多的机会,这是走星科学中专门激动人心的时代。”

微型卫星

NASA喷气推进实验室工程师、微型卫星义务技术负责人安迪·克莱什(Andy Klesh)说,立方体卫星有几个现在标。因为立方体卫星以前从未飞出过近地轨道,所以在为期六个月的火星之旅中,它们表清新微型卫星实在专门正当追求太空,限制方便,并在到达现在标地后,行使高增好天线以每秒8千比特的速度将数据传输地球。

但公文包大幼的立方体卫星不光仅是个技术演示。随着2018年火星洞察号着陆器的发射,NASA在其即将进入火星大气层并下落在这颗红色星球的关键时期遭遇通信休止。为了缩短通信距离,NASA斥资1850万美元建造了两颗名为Marco 6U的立方体卫星,并用它们在着陆过程中传递回洞察号的数据。克莱什外示,倘若洞察号未能着陆,这两颗卫星就会充当暗匣子数据记录器。

NASA立方体卫星的发射成功转折了人们对幼卫星和走星科学的看法。义务终结几个月后,欧洲航天局宣布将向一个双星幼走星体系发射两颗立方体卫星,实走所谓的赫拉(Hera)义务。欧洲工程师稀奇挑及,NASA立方体卫星义务的成功给他们挑供了灵感,协助他们下达了信念。

图:2018年11月26日,NASA立方体走星在距离火星大约6000公里外的地方拍摄了这张照片

星际卫星卫星飞走义务的概念也激发了人们对新兴太空产业的趣味。维珍轨道公司稀奇项现在主管威尔·波梅兰茨(Will Pmerantz)说:“那次义务引首了吾们的仔细,吾们从中受到了很大启发,并且想清新吾们还能做些什么。”

波梅兰茨外示,在NASA立方体走星义务终结后,维珍轨道公司最先接到钻研幼组关于LauncherOne的电话。LauncherOne是该公司的幼型火箭,由747飞机带到高空开释,然后启动发动机。这栽运载火箭能将多稀奇效载荷送入月球轨道?该公司能不克添加第三级?前去金星、幼走星和火星实走义务的思想蜂拥而至。

波兰科学家坚信,他们能够建造质量在50公斤或更幼的航天器(每个立方体走星重量为13.5公斤),能够拍摄火星及其卫星火卫一的高质量图像。云云的航天器还能用于钻研火星大气层,甚至在火星外观下发现液态水的储藏库。进走矮成本发射是这个思想被实践的关键推动因素。

波梅兰茨指出,倘若异国这栽新的走星追求模式,像波兰云云的国家能够只能行为火星义务的几个次要配相符友人之一参与,而现在它十足能够自立进走追求。波梅兰茨还说:“即使是周围不算大的太空追求义务,也能让波兰声名鹊首。”

幼型火箭

在立方体卫星和洞察号着陆器搭乘Atlas V火箭发射起飞的前几个月,体积幼得多的Electron火箭首次起飞,直播这是由火箭实验室开发并从新西兰发射的新一代商业幼型卫星运载火箭,也是第一枚进入轨道的此类火箭。幼型助推器的近地轨道有效载荷能力约为200公斤。但自从Electron首次亮相以来,火箭实验室已经开发了升级版Photon。

火箭实验室创首人彼得·贝克(Peter Beck)外示,该公司坚信Photon能够向火星或金星运送25公斤有效载荷,向月球运送最多37公斤。因为Photon挑供了很多深空飞走器的功能,大片面质量能够用于搭载传感器和科学仪器。贝克说:“吾们的意思是,只需1500万至2000万美元,你就能够登上月球。吾认为这对科学界来说是一个重大的、推翻性的计划。”

在Electron能到达的现在标地中,贝克对金星最感趣味。他说:“吾认为这是吾们太阳系中的无名铁汉,吾们能够从金星那里晓畅到大量关于地球的新闻。火星吸引了一切媒体关注,但金星才更答该受到偏重,吾们真的想要完善追求金星的义务。”

还有其他更大的火箭也在随之而来。Firefly公司的阿尔法(Alpha)助推器能够将近1吨有效载荷送入近地轨道,Relativity Space公司则正在开发能够发射略高于1吨重物的Terran 1火箭。这些运载火箭能够会把立方体卫星送到幼走星带之外,走向木星或更远的地方。

末了,SpaceX用更大火箭刺激的矮成本发射革命也能够有所协助,该公司的猎鹰9号火箭在可重复行使模式下发射成本不到6000万美元,能够廉价地将更大的航天器送入太空深处。从历史上看,NASA为科学钻研发射支付的费用是这个价格的三倍,甚至更高。

情愿战败

自然,这其中必要进走权衡。NASA义务成本如此之高的因为之一是,该机构采取了普及的预防措施,以确保其飞走器不会在太空环境中失灵。最后,NASA的大无数专门复杂的义务实在取得了令人惊叹的成功。

立方体卫星的风险更高,冗余更少。但波梅兰茨说,这能够。他以NASA的好奇号月球探测器义务为例,该义务于2011年发射,耗资25亿美元,这些钱足以把100个微型机器人送入太阳系。即使只有四分之一的义务有效,那也意味着有25个迷你好奇号发射成功。

图:用25个迷你好奇号取代NASA好奇号火星探测器,效果会更好吗?

NASA犹如对这个思想持盛开态度,该机构已经外示,在追求限制成本并与商业友人配相符实走新的月球科学计划时,它将学会批准战败。NASA科学项现在负责人托马斯·祖尔布钦(Thomas Zurbuchen)外示,当NASA试图将科学实验下落在月球上时,他将容忍某些失误。他去年外示:“吾们并不期看每次发射和着陆都能成功。”

在喷气推进实验室,走星科学家和工程师也持盛开态度。约翰·贝克(John Baker)在实验室领导着“转折游玩规则”的技术开发和义务,他说,异国人情愿花20年或更长的时间让义务构想成为现实,这期间足够了不确定性。他说:“现在,人们想要设计和打印它们的结构,添加仪器和航空电子设备,为它加油并立即发射。这就是吾们的异日愿景。”

自然,太空飞走照样足够了挑衅。很多技术能够微型化,但推进和燃料照样是难题。然而,情愿战败会带来很多新的能够性。贝克最爱的设计之一是前去金星的“丘比特之箭”(Cupid's Arrow)义务,相通NASA立方体走星的航天器会被射入金星大气层,机载质谱仪将分析大气样本。这是能够在月球义务中行为次要有效载荷发射的义务,并行使重力辅助到达金星。

降矮星际义务成本最令人奋发的方面是,它添加了新参与者的机会,像波兰云云的幼国以及世界各地的大学都能够参与其中。贝克说:“吾认为能做的最好的事情就是想手段降矮成本,然后把这项技术公之于多。随着越来越多的国家参与太阳系追求,吾们只会学到更多。”

亚利桑那州立大学米洛钻研所等构造已经最先促进大学、新兴太空机构、幼我慈善机议和幼型太空公司之间的配相符。从历史上看,走星科学家参与义务的机会如此之少,以至于钻研人员很难获得领导大型项现在所需的项现在管理技能。弗兰克说,随着更多幼型义务的进走,她坚信这将添加走星科学界的多样性。

她还添加说,逆过来,这将议决培养和添加全球人才库,最后协助NASA和其他大型太空机构实走周围更大、更具挑衅性的走星科学义务,这些义务照样必要数十亿美元和大型火箭推动。固然有些事情能够更矮成本的手段完善,但真实壮志凌云的走星科学义务,如探测木卫二海洋深处或绕冥王星轨道运走,仍将耗资重大。

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