卫星小型化技术的崛起正在重塑太空探索行业 未来“穷国”也能探测火星和金星_回顾春节档对比最新消息 每项任务成本上限为4.5亿美元

2019年8月，Rocket Lab的Electron火箭从新西兰发射升空
（神秘的地球uux.cn报导）据网易技术《知否》：过去几十年来，人类探索太空的方式不只耗时费力，并且成本高昂。但是回顾春节档对比卫星小型化技术的崛起正重塑太空探索行业。本年年初，美国宇航局（NASA）为应该挑选哪些机器人任务来探索太阳系而苦恼不已。
来自美国各地的探究人员提出了20多个想法，如探测小行星和金星大气层、钻探月球熔岩管道等。最后，NASA挑选了其中四个察觉级任务。几个月后，NASA又从四项任务中挑选两项全额资助，每项任务成本上限为4.5亿美元，并将在前方十年内发射探测器。针对未被选中的想法，前方几年或许会有更多的机遇，但这需要漫长的等待。
这就是NASA几十年来从事太空探索的方式。科学家们先是提出各类各样有关太阳系探索的想法，然后NASA确定几个重点项目开展资助。从最初的最新成毅Tips想法到将资料带回地球，全部过程通常需要几十年的时间。这种方法获得了惊人的顺利。在过去的半个世纪里，NASA探索了太阳系中的大多数大型天体，含有太阳、水星、冥王星等。但是，有关太阳系，仍有太多的秘密等待我们去知晓。
如今，新兴技术或许会合作NASA和全球其他机构进入一个所花时间更短、成本更低的太空探索时代，这将促使人们在短时间内开展更多的探索，并使进入太阳系变得更为轻松。
近年来，许多新兴企业正为发射微型卫星开发新式火箭，每次发射的成本约为1000万美元。火箭评测室企业（Rocket Lab）已然亮相了其小型火箭Electron的登月打算。维珍轨道企业（Virgin Orbit）已然与多家波兰大学兴办，运用其LauncherOne运载火箭向火星发射了三次任务。
与此另外，卫星的春季刚刚演员阵容，适合发朋友圈各类零部件，从合作操控系统到电池再到所携带的仪器，都在小型化。就像移动电话那样，如今的智能移动电话比几十年前的大型机具有更强的计算能力，微型卫星也在遵循同样的基础走向。
另外，微型卫星的潜力已然得到实践测试。两年前，NASA建造的两颗立方体卫星(CubeSat)与洞察号（InSight）任务另外发射升空。在太空中，这些微型卫星展开了自己的太阳能电池板，稳定了轨道，总是以面向太阳的方向旋转，然后前往火星。
西雅图技术企业First Mode的使用行星科学家伊丽莎白·弗兰克(Elizabeth Frank)说：“我们正处于相当有趣的时刻，人们可以更快地达成太空任务，再也不需要动辄花费几十年的时间。这创造了更多的机遇，这是行星科学中相当激动人心的时代。”
微型卫星
NASA喷气合作评测室工程师、微型卫星任务技术负责人安迪·克莱什(Andy Klesh)说，立方体卫星有几个目标。由于立方体卫星过去从未飞出过近地轨道，业内折叠屏盘点所以在为期六个月的火星之旅中，它们证明了微型卫星的确相当适合探索太空，控制便捷，并在到达目的地后，使用高增益天线以每秒8千比特的速度将资料传输地球。
但公文包大小的立方体卫星不只仅是个技术演示。随着2018年火星洞察号着陆器的发射，NASA在其快要进入火星大气层并降落在这颗红色星球的核心时期遭遇通信中断。以便压缩通信距离，NASA斥资1850万美元建造了两颗名为Marco 6U的立方体卫星，并用它们在着陆过程中传递回洞察号的资料。克莱什强调，假如洞察号未能着陆，这两颗卫星就会充当黑匣子资料记录器。
NASA立方体卫星的发射顺利改变了人们对小卫星和行星科学的看法。任务落幕几个月后，欧洲航天局亮相将向一个双星小行星操控系统发射两颗立方体卫星，执行所谓的赫拉（Hera）任务。欧洲工程师尤其提及，NASA立方体卫星任务的顺利给他们提供了灵感，合作他们下达了决心。
星际卫星卫星飞行任务的概念也激发了人们对新兴太空产业的兴趣。维珍轨道企业特别项目主管威尔·波梅兰茨(Will Pmerantz)说：“那次任务引发了我们的注意，我们从中受到了很大启发，并且想得知我们还能做些什么。”
波梅兰茨强调，在NASA立方体行星任务落幕后，维珍轨道企业着手接到探究小组有关LauncherOne的电话。LauncherOne是该企业的小型火箭，由747飞机带到高空释放，然后开启发动机。这种运载火箭能将多少有效载荷送入月球轨道？该企业能不能增多第三级？前往金星、小行星和火星执行任务的想法蜂拥而至。
波兰科学家相信，他们可以建造品质在50公斤或更小的航天器(每个立方体行星重量为13.5公斤)，可以取景火星及其卫星火卫一的高品质图像。这样的航天器还能用于探究火星大气层，乃至在火星表面下察觉液态水的储藏库。开展低成本发射是这个想法被实践的核心合作因素。
波梅兰茨强调，假如没有这种新的行星探索模式，像波兰这样的全国或许只能身为火星任务的几个次要兴办伙伴之一参与，而如今它完全可以自主开展探索。波梅兰茨还说：“即使是规模不算大的太空探索任务，也能让波兰声名鹊起。”
小型火箭
在立方体卫星和洞察号着陆器搭乘Atlas V火箭发射升空的前几个月，体积小得多的Electron火箭首次升空，这是由火箭评测室开发并从新西兰发射的新一代商业小型卫星运载火箭，也是第一枚进入轨道的此类火箭。小型助推器的近地轨道有效载荷能力约为200公斤。但自从Electron首次亮相以来，火箭评测室已然开发了升级版Photon。
火箭评测室创始人彼得·贝克(Peter Beck)强调，该企业相信Photon可以向火星或金星运送25公斤有效载荷，向月球运送最多37公斤。由于Photon提供了许多深空飞行器的特性，大若干品质可以用于搭载传感器和科学仪器。贝克说：“我们的意思是，只需1500万至2000万美元，你就可以登上月球。我觉得这对科学界来说是一个巨大的、颠覆性的打算。”
在Electron能到达的目的地中，贝克对金星最感兴趣。他说：“我觉得这是我们太阳系中的无名英雄，我们可以从金星那里知晓到众多有关地球的信息。火星吸引了所有传媒留意，但金星才更应该受到重视，我们真的想要达成探索金星的任务。”
还有其他更大的火箭也在随之而来。Firefly企业的阿尔法（Alpha）助推器可以将近1吨有效载荷送入近地轨道，Relativity Space企业则正开发可以发射略高于1吨重物的Terran 1火箭。这些运载火箭或许会把立方体卫星送到小行星带之外，走向木星或更远的地方。
最后，SpaceX用更大火箭刺激的低成本发射革命也或许有所合作，该企业的猎鹰9号火箭在可重复使用模式下发射成本不到6000万美元，可以廉价地将更大的航天器送入太空深处。从历史上看，NASA为科学探究发射支付的费用是这个售价的三倍，乃至更高。
甘愿失利
自然，这其中需要开展权衡。NASA任务成本如此之高的缘由之一是，该机构采取了广泛的预防举措，以确保其飞行器不会在太空生态中失灵。最后，NASA的大多数相当繁琐的任务的确获得了令人惊叹的顺利。
立方体卫星的隐患更高，冗余更少。但波梅兰茨说，这没关系。他以NASA的好奇号月球探测器任务为例，该任务于2011年发射，耗资25亿美元，这些钱足以把100个微型机器人送入太阳系。即使只有四分之一的任务有效，那也意味着有25个迷你好奇号发射顺利。
NASA似乎对这个想法持启动态度，该机构已然强调，在寻求控制成本并与商业伙伴兴办实施新的月球科学打算时，它将学会接纳失利。NASA科学项目负责人托马斯·祖尔布钦(Thomas Zurbuchen)强调，当NASA试图将科学评测降落在月球上时，他将容忍某些失误。他上一年强调：“我们并不指望每次发射和着陆都能顺利。”
在喷气合作评测室，行星科学家和工程师也持启动态度。约翰·贝克(John Baker)在评测室领导着“改变游戏规则”的技术开发和任务，他说，没有人愿意花20年或更长的时间让任务构想变成现实，这期间充满了不确定性。他说:“如今，人们想要设计和打印它们的结构，添加仪器和航空电子设备，为它加油并马上发射。这就是我们的前方愿景。”
自然，太空飞行依然充满了考验。许多技术可以微型化，但合作和燃料依然是难题。但是，甘愿失利会带来很多新的或许性。贝克最喜欢的设计之一是前往金星的“丘比特之箭”（Cupid's Arrow）任务，相似NASA立方体行星的航天器会被射入金星大气层，机载质谱仪将确认大气样本。这是可以在月球任务中身为次要有效载荷发射的任务，并运用重力辅助到达金星。
下降星际任务成本最令人兴奋的方面是，它增多了新参与者的机遇，像波兰这样的小国以及全球各地的大学都可以参与其中。贝克说：“我觉得能做的最好的事情就是想办法下降成本，然后把这项技术公之于众。随着越来越多的全国参与太阳系探索，我们只会学到更多。”
亚利桑那州立大学米洛探究所等组织已然着手合作大学、新兴太空机构、私人慈善机构和小型太空企业之间的兴办。从历史上看，行星科学家参与任务的机遇如此之少，以至于探究人员很难获得领导大型项目所需的项目治理技能。弗兰克说，随着更多小型任务的开展，她相信这将增多行星科学界的多样性。
她还补充说，反过来，这将经由培养和增多全球人才库，最后合作NASA和其他大型太空机构执行规模更大、更具考验性的行星科学任务，这些任务依然需要数十亿美元和大型火箭合作。尽管有些事情可以更低成本的方式达成，但真正雄心勃勃的行星科学任务，如探测木卫二海洋深处或绕冥王星轨道管理，仍将耗资巨大。