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深空探测,为人类认知宇宙带来飞跃

2015-08-22 09:38   浏览:2053 次
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前不久,美国宇航局宣布发现了地球的“兄弟”,引起大众的广泛热议。

且不谈这位“兄弟”的真伪,也不谈在它上面到底有没有可能存在生物,只谈人类在深空探测领域是如何千辛万苦才能走到今天这一步的,以及它与航天的发展又有哪些千丝万缕的关系。

在航天时代初期,天文学与航天技术就发生了密不可分的联系。航天活动所需要的时间基准、空间姿态基准等的建立得益于早期天文学家对宇宙和地球自转规律的观察。而太空飞行器则需要依靠天文学家确定的精确恒星星历来获知自己的位置或准确的姿态。

所以,在1957年,苏联把第一颗人造卫星送入地球轨道之后,就开始了探索月球之旅。尽管他们第一次撞月的尝试未能成功,却获得了靠单纯的天文观测无法获知的重要参数。

同时,美国和苏联激烈的太空竞赛,让载人航天技术也有了突飞猛进的发展,在月球、水星、金星和火星的探测中也不断获得大量的研究成果。

冷战结束以后,深空探测和太空天文观测的步伐向着更加实用和高效的方向发展。无论是口径巨大的哈勃空间望远镜、环绕金星的麦哲伦探测器,还是考察木星的伽利略探测器,以及考察土星/土卫六的卡西尼-惠更斯探测器等,都是在单次探测任务中获得了海量的探测结果。它们在一次任务中积累的数据量比大型图书馆的藏书量还要大。这些持续时间长、质量高的空间探索活动,尽管都是投入高达10亿美元以上的庞大任务,但考虑到这些丰硕的成果,的确是非常“超值”的。

近年来,利用航天技术进行深空探测活动的步伐越来越快,效率也越来越高。其中,电推进技术的出现和广泛应用给深空探测器插上了“翅膀”。从美国宇航局的“深空一号”,到欧空局的“灵巧一号”,再到后来的“黎明号”,都得益于电推进技术的应用。

另外,人类利用行星引力的借力飞行技术也越来越成熟。比如,“信使号”通过规划复杂的运动轨迹,利用水星、金星的引力逐渐降低速度,在进入水星环绕轨道的过程中极大地节约了推进剂;“新视野号”也是利用木星的引力使得飞往冥王星的时间缩短了3年以上。

此外,电子技术的发展也使得深空探测器的功能今非昔比。目前,深空探测器所使用的电子元件比过去更加强大,尺寸、重量和功耗也比过去更小。当然,图像压缩等方面的技术也使得探测数据能够以更高的码速率和效率传回地球。

据媒体报道,未来,由美国等国家共同研制的新一代大型空间望远镜——“詹姆斯·韦伯”将在2018年前后发射升空。这将大大扩展人类对宇宙的认识。寻找生命的迹象,并重塑关于宇宙如何演化的科学认知,是人类孜孜不倦探索的目标。

由于深空探测活动无法产生直接的经济效益。我们可以预见,未来一段时间的深空探测活动将比过去更加注重效费比。类似于电推进这样可以大大缩小探测器规模的新技术将得到更广泛的应用。

在另一方面,随着美国等国家以载人登陆火星为终极目标的科研投入,会出现类似SLS-1这样运载能力达百吨以上的重型运载器,也有可能出现达到兆瓦级以上输出功率的空间核反应堆和以此为基础的大推力核热推进系统或核电推进系统。虽然这些系统耗资都非常巨大,但也为人类的深空探测提供了新的选择与技术手段。

我们期待,未来有口径比哈勃号大数倍的超级天文望远镜出现在太空,也期待着比“好奇号”更大、携带更多科学考察仪器的探测器能够在火星表面巡视。所有这些,将给人类对宇宙和太阳系的认识带来更大的飞跃,其实也是为人类的文明与进步作出的重要贡献。

本文转载自中国航天科技集团微信,作者:杨宇光

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