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2020-04-17 08:53
发明与创新·中学生 2020年4期
关键词:新视野火星车太阳系

2019年,世界航空航天领域硕果累累,它们代表着人类征服太空的信心。如果要评选出这一年该领域中最受人瞩目的事件,以下这些应该名列其中。

2019年是人类登月50周年纪念,意味着我们距离美国宇航员阿姆斯特朗第一次踏上月球已经半个世纪。然而,由于地球对月球的潮汐锁定作用,人类永远无法完全看到月球的背面,也无法派遣探测器在那里着陆。

2019年1月3日,我国嫦娥四号探测器在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内着陆,实现人类探测器首次在月球背面软着陆。

这个任务的难度非常大,因为人类无法与月球背面取得直接联系。为此,中国早在2018年5月就在月球背面约6.5万千米之外的地月拉格朗日二点附近成功部署了“鹊桥号”中继卫星。

小行星是太阳系中神秘的星体之一,它们数量众多,埋藏着太阳系最久远、最深层次的秘密。此前,人类仅有日本隼鸟号在经历了7年(2003~2010年)、飞行约60亿千米后才从小行星25143上取得一些样本。

2019年,日本隼鸟二号在飞行5年后终于开始在小行星“龙宫”上采样,其操作技术难度极高,包括投放小型探测车、释放小型炸弹制造人工陨石坑(以获取深层样本)、着陆起飞后二次着陆采样再起飞等高难度步骤。

2019年11月13日,隼鸟二号完成采样任务,开启返回地球之旅。

猎鹰9号和猎鹰重型火箭由美国SpaceX公司研制,它们使火箭有了一个新的分类方式:可回收火箭和不可回收火箭。

作为现役最强的重型运载火箭,猎鹰重型不仅实现了三次发射、三次成功的壮举,还在2019年4月11日实现了火箭一级核心级和两个助推器的同时回收和整流罩回收,其高效、低成本、高稳定性等特点使人们对商业运载火箭刮目相看。

2019年新年,已经在太空飞行了13年的新视野号为人类带来了宝贵的新年礼物,它成功飞掠了迄今为止人类拜访过的最远天体小行星456958“天涯海角”。

新视野号是美国国家航空航天局于2006年1月19日发射的冥王星探测器,它是从地球出发时速度最快的航天器,可以完全不借助任何行星引力弹弓效应直接飞出太阳系。在放射性同位素电机(核电池)的支持下,它在13年的时光里飞了几十亿千米,最终拜访了位于太阳系边缘的这颗长、宽、高仅几十千米的神秘天体。

第一眼看去,“天涯海角”似乎是由两个相互接触的球体组成,呈雪人形状。然而现在,科学家们从遥远的新视野号宇宙飞船上下载了更多的数据,他们对“天涯海角” 的看法发生了变化:与其说它是雪人形状,倒不如说它更像是一块大饼和一个核桃的组合体!

这一发现增加了科学家们研究它的兴趣。天文学家估计,“天涯海角”自形成后就一直藏在太阳系边缘深处,几乎还保持着几十亿年前刚形成时的状态,可以算得上是人类可触及的太阳系内最古老的物质。

卫星导航系统有三种建设逻辑:全球覆盖要靠中圆轨道(美国GPS、俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略),低纬度区域覆盖靠地球静止轨道(印度IRNSS),区域增强系统靠倾斜同步轨道(日本QZSS)。

中国北斗卫星导航系统是唯一拥有上述三种轨道的系统。在2018年实现1年发射10箭18星的纪录后,北斗卫星导航系统于2019年又发射了7箭10星,分别成为当年各国组网速度的第一和第二。

目前,北斗卫星导航系统最核心的中圆轨道和倾斜同步轨道卫星已经发射完毕,待最后两颗静止轨道卫星发射后(2020上半年)即可宣布全部组网完毕。

人类距离首次进入太空已经50多年,载人航天技术也逐渐成熟,一个重要指标就是商业航天势力开始进入这个领域。

例如,在2019年的货运航空领域,SpaceX公司的龙飞船执行了三次国际空间站补给任务,诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座飞船执行了两次国际空间站补给任务。

在这一年的载人航天领域,波音公司的CST-100 starliner和SpaceX公司的龙-2飞船都获得了美国国家航空航天局的批准,可进行载人飞船的首次测试(非载人状态),虽然结局不算完美,但成就依然引人注目。

2019年,人类还有一系列的深空探测任务不断带来新消息。如美国朱诺号探测器围绕木星又飞了7圈,日本和欧洲宇航局发射的贝皮科伦博号依然在前往水星的路上,需要耗时7年才能进入最终轨道。

中国“慧眼”望远镜也在这一年首次观测到中子星X射线双星在流强位于特定值时吸积盘状态的突然变化,验证了光的辐射压导致吸积盘结构突变这一提出已近半个世纪的理论。

在轨运行两年多,中国“慧眼”望远镜开展各类观测千余次,成功监测了双中子星并合引力波事件的电磁对应体,完成了脉冲星导航实验。

2019年5月24日, SpaceX公司一次把首批60颗“星链”卫星发射入轨,旨在建立一个全球互联、服务于特殊地区(大洋、极地)和军方用户的庞大高通量通信系统。SpaceX公司甚至还设想把“星链”模式复制到火星上去,为将来人类在火星上的活动提供通信保障。

当然,这么多低轨卫星对于天文观测来说可谓噩梦,事实上它们也逐渐出现在了很多天文观测背景中,让众多天文学家和天文爱好者苦恼不已。

这一年,还有许许多多尚未成功就意外失败的航天任务。

机遇号火星车的原计划工作时间是90天左右,科学家们认为90天后火星空气中的沙尘就会盖满太阳能电池板,导致其能量过低而无法继续工作。然而没想到的是,火星上的大风吹掉了盖在太阳能电池板表面的沙尘,让它重新暴露在太阳光的照射之中而获得新生。因此,机遇号火星车自2003年7月7日发射后一直工作到2018年年中。

盡管如此,后期的机遇号火星车也在慢慢老化,车上的计算机每天会不断重启,工作一段时间就会自动清空数据存储,它犹如患上了“痴呆症”和“失忆症”,让人惋惜又无奈。

2019年2月13日,美国国家航空航天局在与失联许久的机遇号火星车联系800余次未果后,最终宣布其任务结束。

2019年4月11日,以色列登月探测器Beresheet在登陆月球前与地球失去联系,据信已经坠毁在月球表面。

2019年8月4日,印度月船二号着陆器在距离月球表面2.1千米时失去了信号,任务失败。

无论是伟大的成就还是遗憾的失败,这些航空航天事件都值得人们向其致敬。2020年,人类航空航天领域将迎来更多的成就,让我们拭目以待。

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