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        國(guó)際空間站新使命

        2019-06-20 07:16:16編譯方宇寧
        世界科學(xué) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:弗雷空間站儀器

        編譯 方宇寧

        囯際空間站(ISS)是美國(guó)及其伙伴國(guó)家花費(fèi)了超過(guò)1 000億美元建造的。宇航員在這個(gè)狹小空間里研究微重力生物學(xué)效應(yīng),空間站的外部安裝了一些天體物理實(shí)驗(yàn)儀器。而在建立20年后,國(guó)際空間站又有了一項(xiàng)新的科學(xué)使命:俯視它的母星地球。

        ISS現(xiàn)有5臺(tái)可用來(lái)觀測(cè)地球的儀器,2019年還將增加2臺(tái),其中之一是美國(guó)宇航局(NASA)軌道碳天文臺(tái)3號(hào)(OCO-3),該觀測(cè)站于2019年4月30日從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射。它的發(fā)射標(biāo)志著一場(chǎng)政治決策的勝利:特朗普總統(tǒng)曾多次提議取消OCO-3計(jì)劃,但每次都被國(guó)會(huì)否決。

        國(guó)際空間站并不是OCO-3的理想平臺(tái),它本是用在獨(dú)立運(yùn)行衛(wèi)星上的。事實(shí)上“這可能不是一個(gè)完美的平臺(tái)。”邁克爾·弗雷利奇(Michael Freilich)說(shuō)道,12年來(lái),弗雷利奇一直是NASA地球科學(xué)部的負(fù)責(zé)人,直到2019年2月退休,“它的體積很大,但可以在充滿各種污染物質(zhì)的云層中靈活穿行。”最為重要的是,它在運(yùn)行時(shí)可避開(kāi)兩極,每天在不同時(shí)間里重新造訪各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。與發(fā)射衛(wèi)星相比,在國(guó)際空間站上安裝儀器要便宜得多。OCO-3耗資1.1億美元,只有2014年作為獨(dú)立任務(wù)發(fā)射的OCO-2的1/4。

        在經(jīng)歷了兩次重大發(fā)射失敗后,美國(guó)宇航局可用節(jié)省的資金完成更多地球科學(xué)任務(wù)。兩次發(fā)射失敗分別為:2009年墜入印度洋的OCO衛(wèi)星, 2011年用于追蹤大氣粒子的榮耀號(hào)(Glory)墜落。盡管弗雷利奇支持建造OCO-2,但其他幾顆計(jì)劃的衛(wèi)星成本增加一倍,導(dǎo)致一些較小任務(wù)的前景岌岌可危。

        國(guó)際空間站上的日本科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K(實(shí)驗(yàn)艙)平臺(tái)上的地球觀測(cè)儀

        大約就在這個(gè)時(shí)候,日本向國(guó)際空間站增加了一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,這個(gè)模塊是可供居住的突出平臺(tái),可安置10個(gè)即插即用的儀器。弗雷利奇說(shuō),將觀測(cè)地球的儀器安置在那里,NASA可用一小部分成本而獲得大量科學(xué)數(shù)據(jù),這似乎是一筆不錯(cuò)的交易?!按蠹叶寄軓闹惺芤?,宇航局的人類研究項(xiàng)目將展示空間站的效用?!备ダ桌嬲f(shuō)。NASA的地球科學(xué)任務(wù)將有更多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

        OCO-3是2018年NASA在日本科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K(實(shí)驗(yàn)艙)上執(zhí)行的第3個(gè)重要任務(wù)。2018年7月安裝的生態(tài)系統(tǒng)空間熱輻射檢測(cè)器(Ecostress)用來(lái)測(cè)量地球植物釋放的熱量,以評(píng)估熱浪和干旱的影響。全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)研究(GEDI)于2018年12月啟動(dòng),使用激光探測(cè)樹(shù)冠和下層植被高度。2019年晚些時(shí)候,將在國(guó)際空間站日本實(shí)驗(yàn)?zāi)K上安裝第4個(gè)從太空觀測(cè)地球的儀器:探測(cè)土地利用和森林類型的日本高光譜成像儀。過(guò)去兩年里,安裝在國(guó)際空間站其他地方的地球觀測(cè)儀器還有測(cè)量閃電、入射陽(yáng)光和臭氧的儀器。

        像OCO-2一樣,OCO-3攜帶有光譜儀,可用來(lái)監(jiān)測(cè)CO2吸收光的波長(zhǎng),提供從國(guó)際空間站到地球表面這條路徑上所有CO2分子的數(shù)量。根據(jù)不同地區(qū)CO2濃度的變化,繪制出CO2排放源和植物吸碳的分布圖。

        加州帕薩迪納噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的科學(xué)家安瑪麗·埃爾德(Annmarie Eldering)說(shuō)道,OCO-3團(tuán)隊(duì)最初對(duì)登上國(guó)際空間站并不感到興奮,但他們漸漸看到了這個(gè)項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)。觀測(cè)時(shí)間的不穩(wěn)定對(duì)于OCO-3推斷數(shù)周或數(shù)月的趨勢(shì)是一個(gè)挑戰(zhàn),但該儀器可探測(cè)到植物碳排放在一天的變化?!斑@非常有用?!卑柕抡f(shuō),特別是將在GEDI和Ecostress的觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)的時(shí)候。

        OCO-3在國(guó)際空間站上安裝時(shí)還需要一個(gè)可以變換角度的旋轉(zhuǎn)支架,以便它能直接看向地面。通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度,它可以通過(guò)單次掃描繪制出大致相當(dāng)于加州洛杉磯盆地大小的大片區(qū)域的碳排放圖??屏_拉多州立大學(xué)的大氣科學(xué)家克里斯多夫·奧戴爾(Christopher O'Dell)說(shuō)道,這樣的區(qū)域地圖可以捕捉城市和工業(yè)的碳排放,通過(guò)OCO-3驗(yàn)證CO2減排的承諾?!斑@是我們的目標(biāo),”奧戴爾說(shuō),“但我們不知道這是否能夠做到。”

        國(guó)際空間站存在關(guān)鍵的限制:空間。3年后,日本模塊上的OCO-3可能會(huì)被取代,埃爾德說(shuō),美國(guó)宇航局和日本已在討論下一步的計(jì)劃。

        然而,能夠以更低成本同時(shí)對(duì)地球進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)量任務(wù)的天基平臺(tái)的前景依然看好。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工程師魯?shù)吕{拉揚(yáng)·穆克吉(Rudranarayan Mukherjee)正在開(kāi)發(fā)一個(gè)名為“科學(xué)站”的概念:帶有桁架和機(jī)械臂的微型機(jī)器人空間站,它可以在低軌道上搭載十幾種地球觀測(cè)儀器。他說(shuō),空間站“已經(jīng)顯示出在近地軌道擁有共享資源平臺(tái)的好處”。他說(shuō),NASA目前對(duì)這一概念還沒(méi)有具體打算。但他補(bǔ)充說(shuō),“人們很快將可以看到,我也非常期待”。

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