| “近地小行星哨兵”:“扬帆”之日指日可待 铮铮有声-国家空间科学中心都市传说之女
点击“国家空间科学中心”可以订阅哦!
作者:王铮
中国科学院国家空间科学中心
空间天气学国家重点实验室
所谓的近地小行星(Near Earth Asteroid情剑天下,缩写NEA)指的是那些轨道与地球轨道相交的小行星,它们有撞击地球的危险无极曲。现在科学家已经观测到并持续监控中的中尺度以上的小行星有好几万颗,少说也有 500颗小行星的直径超过 1公里。
近地小行星(艺术图)
对于近地小行星,美国国家航空航天局(NASA)近年来搞了一个名为“近地小行星哨兵”(Near-Earth Asteroid Scout,简称NEA Scout)的航天器,预计今年年中(Mid-2018)就很有可能发射。当然,航天计划是不断调整的。最近,NASA正式邀请了广大媒体参观它的太阳帆测试,不过科学家团队在检查时发现了展开臂存在问题,准备进行替换,所以不得不又发表了推迟测试以及媒体活动日期的公告范振钰 。尽管遇到这样那样的困难,“近地小行星哨兵”的“扬帆”之日已经指日可待了。
“近地小行星哨兵”是NASA的马歇尔空间飞行中心与喷气推进实验室合作开发的6U的“立方星”(CubeSat)。所谓“立方星”,是立方体形状结构的微小卫星。而所谓“6U”,是因为其建造标准1个单元(英文unit,所以是U)代表10cm×10cm×10cm,6U说的是它的尺寸。“近地小行星哨兵”和其他12个小卫星一起,都是“探险任务1”(Exploration Mission 1,简称EM1)的二级有效载荷。“近地小行星哨兵”的任务是飞越过一个小行星、并传送回探测数据,所以根据发射日期范围要预测不同的近地小行星的轨道,目标就可能改变。NASA目前公布的目标是名为1991VG的近地小行星,它在2017年7月至2018年3月左右是可以由地球上的仪器观测的,有助于矫正和完善“近地小行星哨兵”将来的轨道。
“近地小行星哨兵”的主要仪器是科学级的多光谱相机。利用其观测资料,NASA希望更多地了解目标近地小行星的轨道、旋转、组成、颗粒环境、挥发性资源和土壤性质。王真洁这些数据将扩大我们对以前从未探索过的小行星类(大小<100米)的认识。
“近地小行星哨兵”(艺术图)
为什么要说“扬帆”呢?这次准备向媒体公开测试的,正是它的主推进设备——太阳帆(Solar Sail)。
太阳帆是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天推进器。光压(light pressure)是指光照射到物体上对物体表面产生的压力。远在1748年欧拉即已指出光压的存在,并在1901年由俄国物理学家列别捷夫首次测量出来。人们可以从光的电磁理论或光的量子理论推算出光压的大小——光虽然没有静止质量,但是有动量,可以把动量传递给物体形成推力。
“近地小行星哨兵”所使用的太阳帆
由于太阳帆的推力很小,所以航天器不能从地面以太阳帆为动力起飞;但在没有空气阻力存在的太空,根据推算,帆面的面积合适时,可以产生10-5~10-3g左右的加速度,虽然飞得慢,但是胜在可以长年累月的推进,不用带庞大重量的燃料。
当然,要产生足够的推力,帆要够大;为了发射,占地又不能太夸张。所以“近地小行星哨兵”的太阳帆是折叠收起来的,上天之后使用展开用的机械臂打开,展开是面积可以达到86平方米,听上去不大(换成现在住房的使用面积,可能三室两厅的房子吧),但比小卫星本身要大得多;不过正如上文所说,这次出现问题导致延期公开测试的还是这个展开臂复姓有哪些 。
NASA科学家测试“近地小行星哨兵”太阳帆的展开器件
尽管还未定下最终发射日期,“近地小行星哨兵”的“扬帆”之日也不算遥远了。其飞越探察小行星的任务将大大帮助科学家对近地小行星增加进一步的了解,同时也是对太阳帆技术的进一步验证,促进人类和机器人的深空勘探技术的发展宝瑞通典当行。
作者:王铮 中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室