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        探測(cè)太陽系邊緣,任重而道遠(yuǎn)

        2022-11-16 00:41:36毛新愿
        太空探索 2022年4期
        關(guān)鍵詞:太陽系中國(guó)航天引力

        □ 毛新愿

        在今年的全國(guó)兩會(huì)上,全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁向媒體介紹了中國(guó)航天的宏偉發(fā)展藍(lán)圖。“天問一號(hào)”成功探測(cè)火星后,我國(guó)將繼續(xù)進(jìn)行小行星采樣返回、火星采樣返回、木星探測(cè)等規(guī)劃,以及更遙遠(yuǎn)的太陽系邊緣探測(cè)任務(wù)。吳偉仁表示:“我們希望在2049 年完成100 個(gè)天文單位,到達(dá)距離地球150 億千米的地方”。

        一個(gè)天文單位是地球到太陽的平均距離,約1.5億千米,對(duì)人類而言是個(gè)天文數(shù)字。以月球?yàn)槔?,它距離地球約0.0025 個(gè)天文單位,光速耗時(shí)1.3 秒,而吳偉仁介紹的規(guī)劃,直接將我們的視線拉向了太陽系邊緣,那里是無比空曠的柯伊伯帶,藏著太陽系最深層的秘密,對(duì)這里的探測(cè)可以更好地了解太陽系起源。

        人類飛出太陽系并不容易。航天器需要在掙脫地球引力束縛后,繼續(xù)逃離太陽引力的影響。太陽的質(zhì)量是地球質(zhì)量的33 萬倍以上,即便它的引力達(dá)到地球軌道附近時(shí)已經(jīng)變得較弱,但依然是航天器徹底逃離的最大障礙。中國(guó)現(xiàn)役最強(qiáng)運(yùn)載火箭是起飛推力為870 噸的“長(zhǎng)征五號(hào)”,它能使約5 噸重的“天問一號(hào)”抵達(dá)火星,但若要讓探測(cè)器逃離太陽引力束縛,就需要研制更大推力的運(yùn)載火箭。

        航天器就像飛出地球的風(fēng)箏,我們需要用一條線控制它的飛行,這就是航天遙測(cè)通信技術(shù)。相比運(yùn)行在地球近地軌道上的航天器,深空探測(cè)航天器的距離更遠(yuǎn),這就意味著通信信號(hào)衰減更多,從而對(duì)深空通信技術(shù)提出了更高要求。以我國(guó)為“天問一號(hào)”在天津新建造的深空通信天線為例。它的直徑達(dá)到70米,面積超過20 個(gè)籃球場(chǎng),質(zhì)量超過2700 噸,如果未來我們要讓航天器飛出太陽系,就需要更強(qiáng)軟硬件結(jié)合的深空通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐。

        與此同時(shí),航天器飛出太陽系的任務(wù)時(shí)長(zhǎng)動(dòng)輒跨度數(shù)十年,要求能量系統(tǒng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。以目前人類的科學(xué)技術(shù)水平而言,使用超長(zhǎng)待機(jī)的放射性同位素電機(jī)(俗稱“核電池”)幾乎是唯一的選擇。例如,使用钚-238 作為原料的核電池的半衰期長(zhǎng)達(dá)88 年,足以滿足航天器在深空中長(zhǎng)時(shí)間飛行。

        飛出太陽系,航天器需要質(zhì)量盡量輕、功能盡量多,這樣才能實(shí)現(xiàn)重型火箭“大馬送快車”的效果,讓一個(gè)昂貴的探測(cè)器發(fā)揮出最大價(jià)值,因此,需要為航天器配套研制多種科學(xué)儀器,甚至是顛覆性的新技術(shù)。

        歷史上,攝像管技術(shù)、電荷耦合元件成像技術(shù)甚至Wi-Fi 技術(shù)等,都和人類航天和天文探測(cè)的發(fā)展息息相關(guān)。為讓航天器更快飛出太陽系,科研人員還采取了行星引力助推加速等顛覆性想法,這也是未來中國(guó)航天器的首要選項(xiàng)之一。

        截至目前,人類僅有美國(guó)的“先驅(qū)者10 號(hào)”“先驅(qū)者11 號(hào)”“旅行者1 號(hào)”“旅行者2 號(hào)”和“新視野號(hào)”處在離開太陽系的旅途中。

        飛出太陽系的航天探測(cè),不僅是中國(guó)航天宏大無比的夢(mèng)想,還是對(duì)航天科技水平有重大提升的絕佳機(jī)會(huì),因此,我國(guó)需要重型運(yùn)載火箭、深空通信網(wǎng)絡(luò)、新一代智能航天器、航天器核能、深空制導(dǎo)導(dǎo)航與控制等一系列技術(shù),這些也必將成為航天技術(shù)的更高整體發(fā)展平臺(tái),甚至促進(jìn)其他相關(guān)制造業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

        探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢(mèng)想。一方面,我們感慨中國(guó)人用“星辰大?!泵枋鰤?mèng)想時(shí)的維度之大;另一方面,也告訴中國(guó)航天人,飛出太陽系是我們必然要為之努力的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo),只有這樣才能讓夢(mèng)想最終照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

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