在過去10年里,廉價的小型衛星相繼進入地球軌道,降低了從太空研究地球的成本。現在,這些宇宙飛船已經有足夠能力進入深空,或者至少是漫游太陽系。科學家也在為借助小衛星進行廉價、高風險的星際科學研究大膽獻策。
“行星學界肯定會‘興奮起來’。”美國宇航局(NASA)行星科學部負責人Lori Glaze在日前舉行的小型深空探測器研討會上說。今年早些時候,NASA開始征集一項小型行星探測器任務的建議,費用上限為5500萬美元。Glaze說,12個團隊已經提交了提案,該機構計劃在2019年2月選出幾名最終入圍者。
此外,歐洲也有小型行星探測器計劃。“我們現在看到了星際立方體衛星的潛力。”歐洲空間局立方體衛星技術項目經理Roger Walker說。
小型衛星可以由低成本的部件組裝而成,并由一枚火箭發射。但是,保證星際飛行的關鍵系統,包括推進、通信和導航系統,傳統上太笨重,無法被容納在一個“小包裹”里。
不過,一項名為“火星立方體一號”(MarCO)的發射任務于5月進行。這兩個與火星“洞察力”號著陸器一起發射的小型探測器,打破了尺寸“魔咒”。
它們由6個標準的10厘米立方體衛星組成,目的是為“洞察力”號在下降時提供一個交流中繼。
Glaze說,這將充當先鋒。“這些立方體衛星比以往任何時候都飛得更遠,它們已經展示了通信中繼的能力。”她說。而且,一個展開的無線電天線面板——是立方體衛星本身大小的3倍,能利用立方體衛星有限的太陽能,將少量數據直接傳輸到地球。
MarCO還展示了由科羅拉多州藍峽谷技術公司開發的微型制導、導航和控制系統。該公司研發總監Dan Hegel說,這些技術能幫助立方體衛星對太空科學產生吸引力。他說:“以前立方體衛星能做的有限,大家沒有動力嘗試縮小設備。”該公司將反應輪、陀螺儀和星體追蹤器縮小打包到一個售價不到15萬美元的系統,恰好占據半個立方體。
但推進力是一個揮之不去的問題。這架小型飛船可能需要改變航向,或者減速以進入軌道。盡管MarCO的推進系統占據了自身的一半,但也只能容納滿足在前往火星途中微調軌道所需要的燃料。而且它靠噴射加壓氣體前進,這是一種低效的方法。因此,立方體衛星將在完成任務后無助地掠過這顆紅色星球。
在地球軌道上的立方體衛星已經測試了太陽帆—— 一種反射箔片,可以從陽光中獲得柔和的推力。其他開發商則“押注”于太陽能電力推進系統。
科羅拉多州ExoTerra資源公司制造的一種設備,能利用太陽能電池板產生的電力,用一束電子轟擊氙氣“燃料”,制造帶電的等離子體,最終產生一個微弱的推力。ExoTerra總裁Michael VanWoerkom說,這種比冰球大不了多少的裝置叫做霍爾推進器,能比傳統火箭更有效地利用燃料。
相關推進技術測試將在2019年底進行,屆時NASA的重型運載火箭——太空發射系統將負責其首航。它將攜帶13個立方體衛星,其中許多集中于月球研究。其中一項任務“月球閃光”的首席研究員Barbara Cohen表示,幾乎所有的立方體衛星都使用不同的推進技術。該項目通過向極地環形山的永久陰影區域發射激光確認冰的存在。
此外,更好的推進力可以幫助解決飛向行星的小型衛星面臨的另一個問題:缺乏火箭。立方體衛星經常搭乘更大任務的“順風車”,但是能搭上車的近地軌道以外項目較少。太陽能電力推進系統可以提供幫助。VanWoerkom說,一顆配備了霍爾推進器的小型衛星在幾個月內就會從地球飛到月球。
科學家也開始對“小包裹”有了大夢想。美國馬里蘭大學帕克分校行星科學家Tilak Hewagama甚至想要發射小衛星“攔截”彗星。大多數彗星繞太陽轉了很多圈,它們曾經干凈的表面已經風化。但幾乎每年,天文學家都會發現一些第一次俯沖下來的星體。
Hewagama說,到那時,再開發探測器來研究它們已經太遲了。但是,一顆已經停在穩定軌道上的小衛星可以及時觀測到彗星的路線。