微小的宇宙飞船突破了地球的轨道

微小的宇宙飞船突破了地球的轨道

火星立方体的一个任务 - 第一个星际行星CubeSats--今年秋天将穿越红色星球。

NASA / JPL-加州理工学院
微小的宇宙飞船突破了地球的轨道

在过去的十年中,廉价的小型卫星已经进入地球轨道,降低了从太空研究我们的家园星球的成本。 现在,这些航天器,有些不比公文包大,正在变得足够冒险进入深空 - 或者至少是太阳系内部。 两个是火星的中途,十几个行星探测器正在开发中,科学家们正在提出更加大胆的想法来做廉价,高风险的行星际科学。

美国宇航局行星科学部门负责人洛瑞·格拉兹上周在马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心举行的一次小型深空探测研讨会上表示,“行星肯定会变得兴奋起来”。 今年早些时候,美国宇航局开始接受一系列小型行星任务的提议,成本上限为5500万美元。 Glaze表示已有12个团队提交了提案,该机构计划在2019年2月选出几个决赛入围者。欧洲也计划开发小型行星探测器,也称为CubeSat,用于制造它们的立方体模块。 “我们现在看到行星际CubeSats的潜力,”欧洲航天局在荷兰诺德韦克的技术CubeSat经理Roger Walker说。

小卫星可以用低成本组件组装,并由一打火箭发射。 但是,星际飞行的关键系统,包括推进,通信和导航,传统上过于笨重,不适合小型包装。

5月份发射的双子飞船Mars Cube One(MarCO)以及Mars InSight着陆器正在打破这一尺寸障碍。 它们由六个标准的10厘米立方体构成,旨在为InSight下降到地面时提供通信继电器。 但Glaze表示,上周通过中途旅程的飞行器已经是先锋。 “这些CubeSats比以往任何时候都飞得更远,”她说。 “他们已经证明了进行通信中继的能力。” 一个展开的无线电天线面板,其尺寸是CubeSats本身的三倍,使用CubeSats有限的太阳能直接向地球传输涓流数据。

MarCO还展示了由科罗拉多州博尔德的Blue Canyon Technologies开发的微型制导,导航和控制系统。 蓝峡谷高级开发总监Dan Hegel说,这项技术帮助CubeSat成为太空科学的吸引力。 “CubeSats正在翻滚,没有做太多,”他说。 “之前没有动力试图收缩你的乐器。” 该公司将反应轮,陀螺仪和星跟踪器缩小到一个售价低于15万美元且适合半个立方体的系统中。

推进是一个挥之不去的问题。 小型飞船可能需要改变航向,或减速以绕行星,月球或小行星运行。 尽管MarCO的推进系统占据了飞行器的一半,但它只能保持足够的燃料来进行火星前方的小轨迹调整,并且像灭火器一样喷射加压气体,这是一种低效的方法。 因此,在完成任务后,CubeSats将无助地绕过红色星球。

地球轨道上的CubeSats已经测试了太阳帆,薄的镜面箔,可以在阳光的压力下轻轻推动。 其他开发商正在押注太阳能电力推进系统。 由科罗拉多州利特尔顿市的ExoTerra资源公司建造的一种装置利用太阳能电池板的电能用一束电子轰击氙气“燃料”,产生带电的等离子体。 电场从后面射出等离子体,产生微弱的推力。 ExoTerra总裁Michael VanWoerkom表示,这种称为霍尔推进器的装置不比冰球更大,它比传统火箭更有效地使用燃料。 “如果你愿意等待更长时间才能到达那里,你可以将很多推进剂装入很小的空间,”他说。

对推进技术的一次重大考验将在2019年底到来,届时美国宇航局的重型火箭即太空发射系统即将完成首航。 它将携带13个CubeSats,其中许多专注于月球科学。 “几乎所有人都在使用不同的推进技术,”Goddard的Barbara Cohen说道,他是其中一个任务,即月球手电筒的首席研究员,该工作是通过激发激光来确认极地阴影区域中冰的存在。

更好的推进力可以帮助解决行星小卫星面临的另一个问题:缺乏火箭骑行。 CubeSats经常搭载较大的任务发射,但是低地球轨道以外的骑行很少见。 太阳能电力推进系统可以帮助释放到低地球轨道的工艺逃脱。 VanWoerkom说,一个装有霍尔推进器的小型卫星可能在几个月内从地球到月球旋转。 到达火星需要几年时间。

科学家们开始为他们的小包装做出了很大的梦想。 马里兰大学帕克分校的行星科学家Tilak Hewagama希望在首次抵达太阳系时发送一颗小型卫星拦截彗星。 大多数彗星都绕太阳转了几圈,它们曾经原始的表面已经风化了。 但几乎每年,天文学家都会发现一些人第一次俯冲。 Hewagama说,到那时,开发航天器来研究它们为时已晚。 但是,已经停在稳定轨道上的一颗小卫星可以及时地观察彗星的近距离通过 - 这是一个危险的计划,Hewagama称NASA不愿意追求更大,更昂贵的飞行器。

戈达德的行星科学家蒂莫西·斯塔布斯希望使用两颗30千克的卫星来探测月球表面奇特的明亮漩涡的起源。 一个想法是月球岩石中的弱磁场 - 由彗星冲击或长期灭绝的磁力发电机 - 可能会击退太阳风粒子,使周围土壤变得天气和变暗。 但是要了解粒子和场之间的相互作用,需要在一个需要大量燃料维持的紧密不稳定的轨道上掠过月球。 斯塔布斯的解决方案:两个串联的小型卫星轨道,由25公里长的薄Kevlar系绳连接,这样一个更高轨道的卫星可以稳定其距离地面2公里的配合。

两个团队计划向新的NASA资助计划提交建议 - 如果他们可以削减成本以适应5500万美元的上限。 小卫星可能很便宜,但发展深空任务传统上需要一个庞大的团队和大量的测试来降低风险。 研讨会组织者,Goddard行星科学家Geronimo Villanueva表示,美国宇航局官员正在努力改变前往深空的小型卫星的规则,以便更高的风险等级可以接受。 “我们需要改变经营方式,”他说。