微型衛(wèi)星崛起：未來"窮國"也能探測火星和金星

但公文包大小的立方體衛(wèi)星不僅僅是個技術(shù)演示。隨著2018年火星洞察號著陸器的發(fā)射，NASA在其即將進(jìn)入火星大氣層并降落在這顆紅色星球的關(guān)鍵時期遭遇通信中斷。

為了縮小通信距離，NASA斥資1850萬美元建造了兩顆名為Marco 6U的立方體衛(wèi)星，并用它們在著陸過程中傳遞回洞察號的數(shù)據(jù)。

克萊什表示，如果洞察號未能著陸，這兩顆衛(wèi)星就會充當(dāng)黑匣子數(shù)據(jù)記錄器。

NASA立方體衛(wèi)星的發(fā)射成功改變了人們對小衛(wèi)星和行星科學(xué)的看法。任務(wù)結(jié)束幾個月后，歐洲航天局宣布將向一個雙星小行星系統(tǒng)發(fā)射兩顆立方體衛(wèi)星，執(zhí)行所謂的赫拉（Hera）任務(wù)。歐洲工程師特別提及，NASA立方體衛(wèi)星任務(wù)的成功給他們提供了靈感，幫助他們下達(dá)了決心。

2018年11月26日，NASA立方體行星在距離火星大約6000公里外的地方拍攝了這張照片

星際衛(wèi)星衛(wèi)星飛行任務(wù)的概念也激發(fā)了人們對新興太空產(chǎn)業(yè)的興趣。維珍軌道公司特殊項(xiàng)目主管威爾·波梅蘭茨(Will Pmerantz)說：“那次任務(wù)引起了我們的注意，我們從中受到了很大啟發(fā)，并且想知道我們還能做些什么。”

波梅蘭茨表示，在NASA立方體行星任務(wù)結(jié)束后，維珍軌道公司開始接到研究小組關(guān)于LauncherOne的電話。LauncherOne是該公司的小型火箭，由747飛機(jī)帶到高空釋放，然后啟動發(fā)動機(jī)。這種運(yùn)載火箭能將多少有效載荷送入月球軌道？該公司能不能增加第三級？前往金星、小行星和火星執(zhí)行任務(wù)的想法蜂擁而至。

波蘭科學(xué)家相信，他們可以建造質(zhì)量在50公斤或更小的航天器(每個立方體行星重量為13.5公斤)，可以拍攝火星及其衛(wèi)星火衛(wèi)一的高質(zhì)量圖像。這樣的航天器還能用于研究火星大氣層，甚至在火星表面下發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的儲藏庫。進(jìn)行低成本發(fā)射是這個想法被實(shí)踐的關(guān)鍵推動因素。

波梅蘭茨指出，如果沒有這種新的行星探索模式，像波蘭這樣的國家可能只能作為火星任務(wù)的幾個次要合作伙伴之一參與，而現(xiàn)在它完全可以自主進(jìn)行探索。波梅蘭茨還說：“即使是規(guī)模不算大的太空探索任務(wù)，也能讓波蘭聲名鵲起?！?/p>

小型火箭

在立方體衛(wèi)星和洞察號著陸器搭乘Atlas V火箭發(fā)射升空的前幾個月，體積小得多的Electron火箭首次升空，這是由火箭實(shí)驗(yàn)室開發(fā)并從新西蘭發(fā)射的新一代商業(yè)小型衛(wèi)星運(yùn)載火箭，也是第一枚進(jìn)入軌道的此類火箭。小型助推器的近地軌道有效載荷能力約為200公斤。但自從Electron首次亮相以來，火箭實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)了升級版Photon。

火箭實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)始人彼得·貝克(Peter Beck)表示，該公司相信Photon可以向火星或金星運(yùn)送25公斤有效載荷，向月球運(yùn)送最多37公斤。由于Photon提供了許多深空飛行器的功能，大部分質(zhì)量可以用于搭載傳感器和科學(xué)儀器。

貝克說：“我們的意思是，只需1500萬至2000萬美元，你就可以登上月球。我認(rèn)為這對科學(xué)界來說是一個巨大的、顛覆性的計(jì)劃。”

在Electron能到達(dá)的目的地中，貝克對金星最感興趣。他說：“我認(rèn)為這是我們太陽系中的無名英雄，我們可以從金星那里了解到大量關(guān)于地球的信息?；鹦俏怂忻襟w關(guān)注，但金星才更應(yīng)該受到重視，我們真的想要完成探索金星的任務(wù)?！?/p>

還有其他更大的火箭也在隨之而來。Firefly公司的阿爾法（Alpha）助推器可以將近1噸有效載荷送入近地軌道，Relativity Space公司則正在開發(fā)可以發(fā)射略高于1噸重物的Terran 1火箭。這些運(yùn)載火箭可能會把立方體衛(wèi)星送到小行星帶之外，走向木星或更遠(yuǎn)的地方。

最后，SpaceX用更大火箭刺激的低成本發(fā)射革命也可能有所幫助，該公司的獵鷹9號火箭在可重復(fù)使用模式下發(fā)射成本不到6000萬美元，可以廉價地將更大的航天器送入太空深處。從歷史上看，NASA為科學(xué)研究發(fā)射支付的費(fèi)用是這個價格的三倍，甚至更高。

甘愿失敗

當(dāng)然，這其中需要進(jìn)行權(quán)衡。NASA任務(wù)成本如此之高的原因之一是，該機(jī)構(gòu)采取了廣泛的預(yù)防措施，以確保其飛行器不會在太空環(huán)境中失靈。最終，NASA的大多數(shù)非常復(fù)雜的任務(wù)確實(shí)取得了令人驚嘆的成功。

立方體衛(wèi)星的風(fēng)險更高，冗余更少。但波梅蘭茨說，這沒關(guān)系。他以NASA的好奇號月球探測器任務(wù)為例，該任務(wù)于2011年發(fā)射，耗資25億美元，這些錢足以把100個微型機(jī)器人送入太陽系。即使只有四分之一的任務(wù)有效，那也意味著有25個迷你好奇號發(fā)射成功。

用25個迷你好奇號取代NASA好奇號火星探測器，結(jié)果會更好嗎？

NASA似乎對這個想法持開放態(tài)度，該機(jī)構(gòu)已經(jīng)表示，在尋求控制成本并與商業(yè)伙伴合作實(shí)施新的月球科學(xué)計(jì)劃時，它將學(xué)會接受失敗。NASA科學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人托馬斯·祖爾布?xì)J(Thomas Zurbuchen)表示，當(dāng)NASA試圖將科學(xué)實(shí)驗(yàn)降落在月球上時，他將容忍某些失誤。他去年表示：“我們并不指望每次發(fā)射和著陸都能成功。”

在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，行星科學(xué)家和工程師也持開放態(tài)度。約翰·貝克(John Baker)在實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)著“改變游戲規(guī)則”的技術(shù)開發(fā)和任務(wù)，他說，沒有人愿意花20年或更長的時間讓任務(wù)構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)，這期間充滿了不確定性。他說:“現(xiàn)在，人們想要設(shè)計(jì)和打印它們的結(jié)構(gòu)，添加儀器和航空電子設(shè)備，為它加油并立即發(fā)射。這就是我們的未來愿景?！?/p>

當(dāng)然，太空飛行仍然充滿了挑戰(zhàn)。許多技術(shù)可以微型化，但推進(jìn)和燃料仍然是難題。然而，甘愿失敗會帶來很多新的可能性。貝克最喜歡的設(shè)計(jì)之一是前往金星的“丘比特之箭”（Cupid's Arrow）任務(wù)，類似NASA立方體行星的航天器會被射入金星大氣層，機(jī)載質(zhì)譜儀將分析大氣樣本。這是可以在月球任務(wù)中作為次要有效載荷發(fā)射的任務(wù)，并利用重力輔助到達(dá)金星。

降低星際任務(wù)成本最令人興奮的方面是，它增加了新參與者的機(jī)會，像波蘭這樣的小國以及世界各地的大學(xué)都可以參與其中。貝克說：“我認(rèn)為能做的最好的事情就是想辦法降低成本，然后把這項(xiàng)技術(shù)公之于眾。隨著越來越多的國家參與太陽系探索，我們只會學(xué)到更多。”

亞利桑那州立大學(xué)米洛研究所等組織已經(jīng)開始促進(jìn)大學(xué)、新興太空機(jī)構(gòu)、私人慈善機(jī)構(gòu)和小型太空公司之間的合作。從歷史上看，行星科學(xué)家參與任務(wù)的機(jī)會如此之少，以至于研究人員很難獲得領(lǐng)導(dǎo)大型項(xiàng)目所需的項(xiàng)目管理技能。弗蘭克說，隨著更多小型任務(wù)的進(jìn)行，她相信這將增加行星科學(xué)界的多樣性。

她還補(bǔ)充說，反過來，這將通過培養(yǎng)和增加全球人才庫，最終幫助NASA和其他大型太空機(jī)構(gòu)執(zhí)行規(guī)模更大、更具挑戰(zhàn)性的行星科學(xué)任務(wù)，這些任務(wù)仍然需要數(shù)十億美元和大型火箭推動。雖然有些事情可以更低成本的方式完成，但真正雄心勃勃的行星科學(xué)任務(wù)，如探測木衛(wèi)二海洋深處或繞冥王星軌道運(yùn)行，仍將耗資巨大。