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航天器的未來:直徑數百米的反射鏡照亮地球

2019-07-29 17:47:12 網易科技 辰辰 編輯:草根 瀏覽數:12草根網

今年是人類成功登月50周年。得益于太空技術的飛速發展,這一切才成為可能。在阿波羅任務之前相當短的時間內,工程師們已經掌握了火箭推進、機載計算和太空操作技術,這在一定程度上要歸功于幾乎無限的預算。自此以來,空間工程已發展成...

今年是人類成功登月50周年。得益于太空技術的飛速發展,這一切才成為可能。在阿波羅任務之前相當短的時間內,工程師們已經掌握了火箭推進、機載計算和太空操作技術,這在一定程度上要歸功于幾乎無限的預算。

自此以來,空間工程已發展成一系列相互聯系的技術,不僅為人類帶來了一系列新的空間科學任務,也帶來了豐富的地球觀測數據和全球通訊導航服務網絡。我們現在可以讓探測器登陸彗星,也能夠觀測到宇宙更久遠的過去。但是在未來的幾十年里,什么樣的新技術能夠進一步改變航天領域?

在過去的幾年里,一個很有前途的方法是空間技術大型化和小型化。通過最近由英國皇家工程學院資助的一項為期十年研究計劃,科學家正開始探索進一步縮小或擴大航天器極限尺寸的可能性。

極小型航天器

圖示:小型立方體衛星

小型化技術使尺寸更小的航天器成為可能,例如災害監測星系(Disaster Monitoring Constellation)項目中的衛星只有100公斤重。甚至還有體積為30x10x10厘米的立方體衛星,它們的重量只有幾公斤,可以攜帶一系列不同的儀器。這些衛星通常用于對地觀測或進行低成本的科學實驗,因為大量小型化衛星可以作為二次有效載荷隨較大衛星一起發射。

業界的未來目標是讓航天器尺寸上至少降低一個數量級。從3x3cm的印刷電路板(PCB)衛星開始,然后人類會制造出更緊湊的設備。目前有公司已經對這類衛星進行了在軌演示。以Sprite設備為例,盡管其配置了傳感器、通信設備并具備機載數據處理功能,但其重量只有4克。

這些裝置已經安裝在國際空間站的外部。就在最近,KickSat-2任務在近地軌道上部署了105臺Sprite設備,每臺成本不到100美元。在這些設備入軌運行后的第二天地面就收到了信號,這增加了人們對這些設備有朝一日能在太空執行更多新任務的期望。

更長期目標是制造自由飛行的極小型航天器,可以控制自身在太空中的方向和軌道。這將使人類能夠部署可用于分布式傳感器網絡的大量傳感器,支持大規模的實時數據采集,并完成空間天氣監測等諸多任務。展望未來,人類或將能夠基于單塊硅晶片生產出高度集成的量產衛星。

一種令人興奮的可能性是,通過將這種微型航天器與大型光帆相結合,從而打造出在幾十年內到達其他星系的星際飛船。此外,這種極小型航天器也可以在彗星或小行星附近進行遙感測試。

超大型航天器

圖示:韋伯太空望遠鏡的主鏡

另一極端的空間技術也有進展。國際空間站上已經開始使用30米長的大型可展開動力臂來支撐其太陽能電池陣列。在這一領域的未來目標是通過在軌道上制造大型的輕量化結構,將其再次提升至少一個數量級。通過將3D打印技術應用于真空和微重力環境,人類可以制造出超大型天線、能量收集器或太陽能反射器。

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