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“鞋盒”飞舞深空 立方体卫星有望开创空间探测新时代

时间:2016年07月14日 信息来源:《中国科学报》 点击: 【字体:

  美国宇航局近地小行星探测器 图片来源:NASA


鞋盒大小的立方体卫星目前已经遍布在近地轨道上,用于从地球观测到研究太空中的细菌蛋白等一系列领域。这种航天器由边长10厘米的立方体建造而成,通常配备成品零部件。其实,这种相对不太贵的小尺寸卫星的发展有点晚,而且大多在近地轨道上“玩玩”。但现在,科学家希望将它们送到更远的深空,十多个外太空立方体卫星已整装待发。


而低廉的成本意味着这种迷你航天器能够去冒险。(立方体卫星执行太阳系内任务的花费不超过1000万美元。)成群的立方体卫星可以协同工作,从而能完成新型实验。它们通常搭乘其他发射任务的顺风车,在近地轨道旅行,例如,其身影常出现在往返于国际空间站的太空运输船上,但到太阳系其他地方则少之又少。


实际上,将第一个进入太阳系的立方体卫星——美国宇航局(NASA)的INSPRIRE迷你航天器已经等待了近两年。INSPRIRE迷你航天器计划为未来空间任务测试关键技术。“我们仍需要寻找合适的路线。”加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室创新铸造厂负责人Anthony Freeman说道。


立方体卫星诞生于1999年,最初仅被作为教学工具。工程学教授卡尔·波利是CubeSat立方体卫星概念的提出者之一,他认为自己也没有想到该卫星技术会走得这么远,“我们的初衷只是想开发出可以用于教育的系统,没想到开启了一个全新的空间时代”。


今天,立方体卫星已经能执行商业任务和近太空科学研究。例如,美国地球实验室公司的“鸽子”卫星已经在绕地球飞行,成像率好到足以看清树梢、道路和建筑物。数十年来,工程师一直在努力建造卫星且不惜费用,并花费数年时间进行完善。来自17个国家的1000多人已经参与建造了耗资80亿美元的詹姆斯·韦伯空间望远镜。而 “鸽子”一直在大规模生产,每架“鸽子”的建造和发射成本低于100万美元。


但因尺寸小,立方体卫星不能容纳标准推进和远程通讯设备,更不必说复杂的科学仪器,所以探索外太空还是一个更大挑战。


“工程师正开始着手克服这些困难。”欧洲空间局(ESA)立方体卫星开发项目总监Roger Walker说。为了解决通讯问题,ESA的首个星际立方体卫星将通过母船与地球对话。该卫星将参与ESA和NASA联合主导的小行星碰撞和偏差评估(AIDA)项目。该项目计划2020年实施,立方体卫星将承担高风险工作,比如到小行星附近,近距离收集数据。


NASA目前正在策划的欧罗巴任务,将同样使用这种母子模式,部署一队的立方体卫星贴近木卫二,进行近距离探测。科学家认为木卫二冰冷的外表下可能存在生命。


独立的外太空立方体卫星任务也即将展开。NASA开发研制了一款具备能够从火星甚至更远的星空直接与地球对话的微型无线电通讯系统。该机构将在INSPIRE和InSight火星探测器伴侣小卫星(MarCO)上测试这个系统。另外,NASA还研制了微型的低温气体燃烧推进器和防辐射电子元件。


同时,欧洲的公司正在开发高效离子发动机。意大利罗马的IMT公司正在研究能源运作方式,例如可以一直面向太阳的折叠太阳能电池板发动机。Walker表示,所有这些技术都能使独立立方体卫星任务成为现实。


Freeman预测,在下个十年结束时,将有超过100个立方体卫星被分派到整个太阳系,但前提是它们可以进入到太空中。他希望各国空间机构同意至少在每项主要行星任务中搭载至少一个立方体卫星,从而帮助它们进入太空。Walker 对此表示赞同,“这将真正刺激这个领域。最终,这是星际立方体卫星需要克服的最主要问题,仅次于通讯问题。”这意味着在项目早期就必须加入立方体卫星计划。


(作者:佚名)
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