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中國航天有多“摳門”?十幾公里地鐵上飛出了探月工程|2020航天盤點

2021-01-07  造就Talk

    “2020年,是見證歷史的一年,也是自我成長的一年?!?/span>

    作為一個中國航天人,航天科技集團公司研究員李洪波對自己的2020年作出了總結。

    在中國航天的時間表上,這注定是一個里程碑式的年份:

    這一年,北斗系統第五十五顆導航衛星,暨北斗三號最后一顆全球組網衛星成功發射,我國的北斗全球衛星導航系統星座部署全面完成。

    這一年,我國開始嘗試火星探索,首個火星探測器天問一號搭乘長征五號遙四運載火箭順利升空。7個月,4億公里,我們正式向火星進發。

    這一年,我們發射了嫦娥五號,順利帶回了1731克月壤,為我國的“繞、落、回”三步走的探月工程畫下了一個完美的句號。

    ……

    嫦娥五號返回艙

    圖源:新華社

    對世界航天來說,這同樣也是非常精彩的一年:

    SpaceX公司龍飛船順利發射,這是自2011年后美國首次從美國本土將宇航員送入國際空間站,商業載人航天的時代序幕正在開啟。

    歐洲航天局與NASA聯合開發的太陽軌道探測器踏上征程,計劃在離太陽表面4200萬英里的軌道上運行,對太陽進行近距離觀測。

    美國毅力號火星探測器出發,計劃在火星上尋找古代生命的跡象,并收集巖石和塊石樣本返回地球。

    毅力號火星降落示意圖

    圖源:NASA

    現代航天技術的奠基人,蘇聯科學家齊奧爾科夫斯基有一句名言:“地球是人類的搖籃,但是人類不能永遠生活在搖籃里?!?/span>

    如今,中國與世界各國紛紛跳出地球這個搖籃,去探索宇宙中的“新大陸”,開啟了新的大宇航時代。

    對于這特殊的一年,一個航天愛好者,必須知道以下七件事:

     

    01 向天發問


    天問一號發射

    圖源:人民日報

    如今的火星是一個塵土飛揚,寒冷荒涼的世界,但種種跡象表明,它也曾經像地球一樣充滿活力與生機。

    這顆星球上到底發生了什么?過去的生機去了哪里?火星會是地球的未來嗎?

    為了解開這些迷惑,2020年,我們一次次向天發問:

    7月20日,阿聯酋的希望號火星探測器發射,目標是研究火星的高層大氣,并監測兩年之內火星的氣候變化,繪制不同季節的火星氣象圖。

    7月23日,我國的天問一號探測器開啟火星征程,肩負火星環繞、火星表面降落、巡視探測三大任務。

    7月30日,美國的毅力號探測器也踏上了征程,為美國2030年代的載人火星探索任務、火星登陸做好前期準備工作。

    火星這個鄰居身上,可能藏著我們的過去,也預示著我們的未來。 

    02 金星天文觀測

    在金星大氣中檢測到磷化氫

    圖源:美國科學促進會

    在太陽系眾多的行星中,金星憑借極端惡劣的自然環境,摘下了“地獄行星”的兇名。但天文觀測發現,這樣的地獄中,竟然也可能存在生命的跡象。

    科學家在金星的大氣層中發現一種罕見的分子——磷化氫(PH3),豐度為20ppb(億分之二),大約每10億個分子中有20個磷化氫分子,含量非常非常低。

    因為這種氣體通常在工業生產中,或由微生物在無氧環境中生成,所以它的存在意味著外太空中可能存在生命。

    此次發現磷化氫的位置,不是在金星表面,而是在金星大氣中層,高度在五十公里附近。

    這個位置的金星大氣壓接近1個標準大氣壓,溫度大概是在20到30攝氏度,可能適合生命存在。

    所以一些科學家懷疑金星上的磷化氫是由生命產生的,但一切還言之過早,需要后續更多的科學探測支持。

    03 天眼發威

    2014年9月1日拍攝的FAST夜景

    圖源:國家天文臺FAST項目團隊

    快速射電暴是一種神秘的天文現象,能在短時間內釋放出巨大的能量??焖偕潆姳┰?/span>3毫秒內釋放的能量,可以與太陽3天內釋放出的能量媲美。

    對于快速射電暴的來源,科學界一直眾說紛紜,主要可分為兩派:一派認為,快速射電暴來自磁星磁層,是致密星周圍的強磁場電離環境導致的;

    另一派則認為,快速射電暴是一些大型致密天體相互作用驅動的輻射。

    而中國天眼FAST是世界上最大的射電望遠鏡,它的反射面有30個足球場那么大,口徑是美國阿雷西博射電望遠鏡的兩倍。

    它還能根據天體的目標位置的不同,自主調節形狀,靈敏度非常高,能“看”到其他望遠鏡看不到的脈沖輻射的絕對優勢,是探測快速射電暴的不二利器。

    今年10月和11月,中國科學家就通過FAST的觀測,首次觀測到了銀河系內的快速射電暴,并在《自然》上發表了相關研究成果,證明了磁星磁層是快速射電暴的來源之一。

    自開放使用以來,天眼發現的脈沖星數量超過240顆,基于相關數據發表的高水平論文達40余篇。

    天眼極大地拓展了我們的視野,讓我們走在視界前沿。

    04 商業航天起飛

    龍飛船發射

    圖源:SpaceX

    5月30日,SpaceX的龍飛船從佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發射升空,將美國宇航員道格·赫利和鮑勃·本肯帶到國際空間站。

    2011年,由于航天飛機維護使用過于高昂,并且挑戰者號航天飛機和哥倫比亞號航天飛機先后發生災難,美國航天飛機宣布退役。

    在此后的9年中,美國一直是依賴俄羅斯將宇航員送往空間站。

    本次發射,是自2011年后美國首次憑借自己的力量,從美國本土直接將宇航員送入國際空間站。

    這也是有史以來人類第一次乘坐商用火箭沖入地球軌道,是商業載人航天的首秀。

     

    一般情況下,火箭助推器都是一次性的,使用后會被拋入海洋。而早在2017年,SpaceX就開始在CRS-13上的CRS任務中重復使用Falcon 9助推器。

    SpaceX的優勢就在于他們的火箭可重復使用,比俄羅斯的報價低40%。

    05 北斗收官

    北斗三號最后一顆全球組網衛星成功發射

    圖源:貴陽日報

    一提到全球衛星導航系統,我們最先想到的可能是美國的GPS。

    目前能夠被稱為「全球系統」的,除了美國的GPS,其實還有中國的北斗、俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略系統。

    美國的GPS和歐洲的伽利略都是地球中遠軌道衛星,而北斗是由GEO、IGSO和MEO混合的星座。

    它既能實現全球覆蓋,同時由于部分衛星定點在中國國土上空,因此能夠為本土提供更高精度、更好性能的服務。

    2020年6月23日,北斗系統第五十五顆導航衛星,暨北斗三號最后一顆全球組網衛星成功發射,至此北斗三號全球衛星導航系統星座部署全面完成。

    北斗三號“收官之星”發射成功,意味著我國北斗三號系統可以在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務。

    06 仰望星空,腳踏實地


    嫦娥五號發射

    圖源:國家航天局

    12月27日凌晨1時59分,離家23天的嫦娥五號,帶著月球1731克月球“土特產”,悄悄落在內蒙古四子王旗著陸場上,宣告我國首次月球采樣返回任務圓滿完成。

    作為中國探月工程的收官之戰,嫦娥五號實現了中國航天史上五個第一次:

    • 第一次在月球采樣;

    • 第一次從地外天體起飛;

    • 上升器與軌道器和返回器組合體第一次在月球軌道上成功交會對接;

    • 第一次帶月壤高速再入返回地球

    • 第一次對我國獨立采集的月壤樣品的存儲、分析和研究。

    而這么一個宏大又意義深遠的探月工程,所用的花費卻少得超乎想象——只有十幾公里地鐵錢。

    李洪波告訴造就:“探月工程曾經公布過,嫦娥1號只花了14億,相當于北京修2公里地鐵的經費。整個嫦娥探月工程下來,大概也就是修十來公里地鐵的花費?!?/span>

    她說,在當年美蘇冷戰的背景下,美國為搶在蘇聯之前實現載人登月,前前后后投資高達250億美元,當時約合2萬多噸黃金。

    而我們的探月工程之所以能花小錢干大事,是因為我們的目的不是搞競賽,而是要服務于科研,服務于探索未知。

    所以要踏踏實實、量力而行地做有意義的事情,有條不紊地開展航天探索。

    07 空間太陽觀測

    太陽軌道探測器首次接近太陽

    圖源:歐洲空間局

    2020年2月,歐洲航天局和NASA的聯合開發的太陽軌道探測器發射,人類向太陽進發。

    太陽軌道探測器旨在對日球層(太陽和太陽風影響的區域)和新生的太陽風進行詳細的測量,并對太陽的極地區域進行近距離觀測,整個任務計劃持續7年。

    7月16日,太陽軌道探測器拍攝了一張迄今離太陽最近(距太陽4800萬英里)的照片。

    就在幾天前(美國當地時間12月27日),它飛越了金星。

    因為它必須始終將隔熱罩對著太陽一側,所以無法拍攝任何圖像,但它自帶的等離子體波儀器、高能粒子探測器上的許多傳感器仍舊收集到了許多珍貴的數據。

    飛越金星,我們離太陽更近了。




    我們為什么要拼命飛出地球?
     
    也許答案正如李洪波所說的那樣:

    “從1957年人類第一顆人造衛星飛出大氣層開始,這60多年的航天活動的主要區域還是在地球周邊4萬公里以內。如果宇宙是大海的話,我們還是在近海的沙灘周圍撲騰。

    “如果人類真的想在宇宙中走出搖籃,發現新大陸的話,月球就是宇宙這片茫茫大海中離地球最近的近海的一個小島,火星是人類最可能登陸的比較近的第一片大陸?!?/span>

    2021年,我們仍然在路上:

    • 我國要建造近地軌道的空間站,為未來的載人登月打下基礎;

    • 天問一號、希望號、毅力號探測器將開始完成各自的火星任務;

    • 中國天眼FAST將向世界開放,為各國科學家的天文觀測貢獻一份力量;

    • SpaceX計劃推出Starship商業太空飛行計劃,進行飛船Starship的首次軌道試飛;

    • 太陽軌道探測器將在21個月的巡航飛行后進入任務運行軌道,對太陽開展近距離探測

    ……

    2020,注定是不同尋常的一年,我們見證了歷史,也經歷了成長;2021年,我們將前往更遠的星空,破解更多的未解之謎。

    但無論如何,不變的始終是我們奮楫星河的腳步,和探索未知的渴望。

    在星辰大海的征途上,我們永不止步。

    本文經航天科技集團錢學森運載技術實驗室高級研究員李洪波審校,特此致謝。

    (本文未經造就授權,禁止轉載。)

    作者 | 田曉娜
    版面 | 顧天紅



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