微型卫星正在改变我们探索地球及其他地方的方式

3月27日 11:29 引自:phys.org

来源:美国国家航空航天局

想去太空?你要付费。

本月,SpaceX Crew Dragon 飞船将进行首次完全私人的载人飞行,飞往国际空间站。一个座位的现行价格为 5500 万美元。这张票包含在空间站的八天住宿,包括食宿和无与伦比的景观。

维珍银河和蓝色起源提供更便宜的替代品,只需 250,000 至 500,000 美元即可将您带到太空边缘。但航班只持续10到15 分钟,几乎没有足够的时间享用机上小吃。

但是,如果您乐于脚踏实地,那么事情开始看起来更实惠。在过去的 20 年里,微型卫星技术的进步使小国家、私营公司、大学研究人员甚至是自己动手的爱好者都可以接触到地球轨道。

空间科学

我们是研究我们的星球和宇宙之外的科学家。我们的研究延伸到太空,以寻找有关我们的海洋在变暖的世界中如何变化的基本问题的答案,或者研究在遥远星系中心跳动的超大质量黑洞。

所有这些研究的成本可能是天文数字。詹姆斯韦伯太空望远镜于 2021年12 月发射,将寻找宇宙中最早的恒星和星系,经过多次延误和成本超支,最终标价为 100 亿美元。

国际空间站在过去 20 年里举办了近3,000 次科学实验,其造价高达 1500 亿美元,每年还有 40 亿美元用于维持运转。

即使是构成我们天基观测基础设施支柱并为天气预报和自然灾害监测提供必要测量的气象卫星,每颗的建造和发射成本也高达 4 亿美元。

像这样的预算只提供给政府和国家航天机构——或者是非常精选的热爱太空的亿万富翁俱乐部。

每个人的空间

现在,更多负担得起的选择正在使进入太空的机会民主化。所谓的纳米卫星,包括燃料在内的有效载荷不到 10 公斤,可以单独发射,也可以“成群”发射。

自 1998 年以来,已经发射了3,400 多个纳米卫星任务,并正在回传用于灾害响应、海上交通、作物监测、教育应用等的数据。

小型卫星革命的一项关键创新是其形状和尺寸的标准化,因此它们可以在单个火箭上大量发射。

CubeSats是一种广泛使用的格式,每边 10 厘米,可以使用商业现成的电子元件构建。它们是 1999 年由加利福尼亚的两位教授 Jordi Puig-Suari 和 Bob Twiggs 开发的,他们希望研究生能够获得设计、建造和操作自己的航天器的经验。

Twiggs 说,形状和大小的灵感来自Beanie Babies,这是一种可收藏的毛绒玩具,装在 10 厘米立方的展示柜中。

加利福尼亚的SpaceX和新西兰的Rocket Lab等商业发射提供商提供“拼车”任务,将发射成本分摊到数十颗小型卫星上。您现在可以以不到 200,000 美元的价格从您自己的 CubeSat 构建、测试、启动和接收数据。

宇宙尽在掌中

小型卫星为探索我们的星球及其他地方开辟了令人兴奋的新途径。

我们参与的一个项目使用立方体卫星和机器学习技术从太空监测南极海冰。海冰是气候系统的重要组成部分,改进的测量将帮助我们更好地了解气候变化对南极洲的影响。

该项目由英澳太空桥计划赞助,是两国大学和南极研究机构与一家名为Spire Global的英国卫星公司之间的合作项目。自然,我们将这个项目称为 IceCube。

小型卫星也开始在我们的星球之外进行探索。2018 年,两颗纳米卫星伴随着 NASA Insight 任务前往火星,在着陆器着陆期间提供与着陆器的实时通信。2022 年 5 月,火箭实验室将向月球发射第一颗 CubeSat,作为美国宇航局阿尔忒弥斯计划的前身,该计划旨在到 2024 年让第一位女性和第一位有色人种登上月球。

一颗纳米卫星拍下了这张火星照片。图片来源:NASA/JPL

甚至有人提议使用微型宇宙飞船前往另一颗恒星。Breakthrough Starshot项目希望向 4.37 光年外的 Alpha Centauri 恒星系统发射每厘米大小 1,000 艘航天器的舰队。在地基激光的推动下,该航天器将在星际空间“航行”20 或 30 年,并返回类地系外行星Proxima Centauri b的图像。

小而强大

随着小型化的进步,卫星变得越来越小。

“皮卫星”(一罐软饮料大小)和“毫微微卫星”(不比计算机芯片大)正在让热心的业余爱好者触手可及。有些只需几百美元就可以组装和推出。

一家芬兰公司正在试验一种由木头制成的更可持续建造的 CubeSat 。携带人工智能计算机芯片的新型智能卫星可以决定将哪些信息发送回地球,而不是发送所有信息,这大大降低了信息返回的成本。

到达太空并不需要花费地球太多。

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