中國航天有多“摳門”?|2020航天盤點
“2020年,是見證歷史的一年,也是自我成長的一年。”
作爲一箇中國航天人,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,暨北斗三號最後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,爲我國的“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年後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啓。
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,並收集岩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裏。”
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”,開啓了新的大宇航時代。
對於這特殊的一年,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麼?過去的生機去了哪裏?火星會是地球的未來嗎?
爲了解開這些迷惑,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,並監測兩年之內火星的氣候變化,繪製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啓火星征程,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,爲美國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,可能藏着我們的過去,也預示着我們的未來。
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
在太陽系衆多的行星中,金星憑藉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),丰度爲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。
因爲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,所以它的存在意味着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,需要後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祕的天文現象,能在短時間內釋放出巨大的能量。快速射電暴在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。
對於快速射電暴的來源,科學界一直衆說紛紜,主要可分爲兩派:一派認爲,快速射電暴來自磁星磁層,是緻密星周圍的強磁場電離環境導致的;
另一派則認爲,快速射電暴是一些大型緻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個足球場那麼大,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衝輻射的絕對優勢,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,並在《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,天眼發現的脈衝星數量超過240顆,基於相關數據發表的高水平論文達40餘篇。
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,由於航天飛機維護使用過於高昂,並且挑戰者號航天飛機和哥倫比亞號航天飛機先後發生災難,美國航天飛機宣佈退役。
在此後的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年後美國首次憑藉自己的力量,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衝入地球軌道,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,使用後會被拋入海洋。而早在2017年,SpaceX就開始在CRS-13上的CRS任務中重複使用Falcon 9助推器。
SpaceX的優勢就在於他們的火箭可重複使用,比俄羅斯的報價低40%。
05 北斗收官
北斗三號最後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。
目前能夠被稱爲「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,同時由於部分衛星定點在中國國土上空,因此能夠爲本土提供更高精度、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,暨北斗三號最後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,意味着我國北斗三號系統可以在全球範圍內全天候、全天時爲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,帶着月球1731克月球“土特產”,悄悄落在內蒙古四子王旗着陸場上,宣告我國首次月球採樣返回任務圓滿完成。
作爲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:
第一次在月球採樣;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採集的月壤樣品的存儲、分析和研究。
而這麼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:“探月工程曾經公佈過,嫦娥1號只花了14億,相當於北京修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。”
她說,在當年美蘇冷戰的背景下,美國爲搶在蘇聯之前實現載人登月,前前後後投資高達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幹大事,是因爲我們的目的不是搞競賽,而是要服務於科研,服務於探索未知。
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,並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。
因爲它必須始終將隔熱罩對着太陽一側,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。
我們爲什麼要拼命飛出地球?
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。”
2021年,我們仍然在路上:
我國要建造近地軌道的空間站,爲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,爲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個月的巡航飛行後進入任務運行軌道,對太陽開展近距離探測
……
2020,註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公司研究員李洪波審校,特此致謝。
(本文未經造就授權,禁止轉載。)
作者 | 田曉娜