网易首页 > 网易科技 > 网易科技 > 正文

知否|航天器的未来:直径数百米的反射镜照亮地球

0
分享至

(原标题:From miniature satellites to giant sun shields – the extreme technology transforming space engineering)

作者 | 辰辰

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

今年是人类成功登月50周年。得益于太空技术的飞速发展,这一切才成为可能。在阿波罗任务之前相当短的时间内,工程师们已经掌握了火箭推进、机载计算和太空操作技术,这在一定程度上要归功于几乎无限的预算。

自此以来,空间工程已发展成一系列相互联系的技术,不仅为人类带来了一系列新的空间科学任务,也带来了丰富的地球观测数据和全球通讯导航服务网络。我们现在可以让探测器登陆彗星,也能够观测到宇宙更久远的过去。但是在未来的几十年里,什么样的新技术能够进一步改变航天领域?

在过去的几年里,一个很有前途的方法是空间技术大型化和小型化。通过最近由英国皇家工程学院资助的一项为期十年研究计划,科学家正开始探索进一步缩小或扩大航天器极限尺寸的可能性。

极小型航天器

图示:小型立方体卫星

小型化技术使尺寸更小的航天器成为可能,例如灾害监测星系(Disaster Monitoring Constellation)项目中的卫星只有100公斤重。甚至还有体积为30x10x10厘米的立方体卫星,它们的重量只有几公斤,可以携带一系列不同的仪器。这些卫星通常用于对地观测或进行低成本的科学实验,因为大量小型化卫星可以作为二次有效载荷随较大卫星一起发射。

业界的未来目标是让航天器尺寸上至少降低一个数量级。从3x3cm的印刷电路板(PCB)卫星开始,然后人类会制造出更紧凑的设备。目前有公司已经对这类卫星进行了在轨演示。以Sprite设备为例,尽管其配置了传感器、通信设备并具备机载数据处理功能,但其重量只有4克。

这些装置已经安装在国际空间站的外部。就在最近,KickSat-2任务在近地轨道上部署了105台Sprite设备,每台成本不到100美元。在这些设备入轨运行后的第二天地面就收到了信号,这增加了人们对这些设备有朝一日能在太空执行更多新任务的期望。

更长期目标是制造自由飞行的极小型航天器,可以控制自身在太空中的方向和轨道。这将使人类能够部署可用于分布式传感器网络的大量传感器,支持大规模的实时数据采集,并完成空间天气监测等诸多任务。展望未来,人类或将能够基于单块硅晶片生产出高度集成的量产卫星。

一种令人兴奋的可能性是,通过将这种微型航天器与大型光帆相结合,从而打造出在几十年内到达其他星系的星际飞船。此外,这种极小型航天器也可以在彗星或小行星附近进行遥感测试。

超大型航天器

图示:韦伯太空望远镜的主镜

另一极端的空间技术也有进展。国际空间站上已经开始使用30米长的大型可展开动力臂来支撑其太阳能电池阵列。在这一领域的未来目标是通过在轨道上制造大型的轻量化结构,将其再次提升至少一个数量级。通过将3D打印技术应用于真空和微重力环境,人类可以制造出超大型天线、能量收集器或太阳能反射器。

但是为什么人类需要这样的超大型结构呢?以詹姆斯·韦伯太空望远镜为例,它将很快取代哈勃太空望远镜。其拥有一个巨大的主镜,并有一个专业网球场大小的巨型遮阳装置。为了将詹姆斯·韦伯太空望远镜搭载到阿丽亚娜5号火箭上,主反射镜和遮阳装置都由可展开的结构组成。一旦单次发射失败,整个项目将功亏一篑。

而在轨道上直接制造大型轻质结构的能力,可能对太空技术产生巨大影响,可以避开直接从地面发射精密结构的一系列风险问题。例如在连续的制造过程中,结构支撑材料可以直接贴合到反射膜上,那么人类就可以制造直径达到几百米的超大反射器。

在极地轨道上,这种反射器还可以在黎明和黄昏时分照亮未来的陆地太阳能发电厂,该时段发电量很低,需求却很高。这将是一种全新的太空服务,其产品会是能源而不是信息。

它还可以用来反射太阳光,从而产生工业级的太阳能热能,用于处理从近地小行星上回收的材料。例如,一个半径500米的反射器能够产生1GW的热能,相当于地球上一个普通发电站的输出。

用这种超大结构从小行星上提取水资源是一个特别有前途的方法,因为它可以帮助人类在太空中制造推进剂。太阳能发电可以将水分解成氢和氧,并将它们用作宇宙飞船的燃料。在未来,在轨道上制造推进剂可以避免将燃料从地球表面一路运送到太空,从而降低未来探索太空的风险。

虽然阿波罗任务是一个真正具有英雄气概的工程实例,但未来的太空探索也同样令人兴奋,并能带来更为持久的社会效益。

网易科技《知否》栏目,好奇世界,与你一起探索未知。

关注网易科技微信号(ID:tech_163),发送“知否”,即可查看所有知否稿件。

相关推荐
热点推荐
超7.9万人非法滞留日本!中国 4 月拟颁法律,严惩海外非法移民?

超7.9万人非法滞留日本!中国 4 月拟颁法律,严惩海外非法移民?

东京在线
2024-03-29 00:07:11
上将畏罪自杀,背后的“保护伞”背景深厚,最终结局令人出乎意料

上将畏罪自杀,背后的“保护伞”背景深厚,最终结局令人出乎意料

诗意世界
2024-03-23 16:30:46
对《杜鹃花落》的查处会是一个标志吗

对《杜鹃花落》的查处会是一个标志吗

观人随笔
2024-03-27 11:28:16
没人为公道发声,民族将失去灵魂!央媒问钟爷爷调查:不可告人?

没人为公道发声,民族将失去灵魂!央媒问钟爷爷调查:不可告人?

大风文字
2023-09-13 21:02:55
发生了什么?中石油突然狂飙!

发生了什么?中石油突然狂飙!

中国基金报
2024-03-29 13:09:30
张兰曝光录像:玥儿受伤惨状,徐家突击带走孩子,惊心动魄

张兰曝光录像:玥儿受伤惨状,徐家突击带走孩子,惊心动魄

历史名匠锁
2024-03-29 04:10:42
“中国经济不是大衰退而是大转型”

“中国经济不是大衰退而是大转型”

环球时报国际
2024-03-29 07:06:58
59岁张曼玉暴增20斤大变样!穿“奶奶衫”女人味十足,网友:绝了

59岁张曼玉暴增20斤大变样!穿“奶奶衫”女人味十足,网友:绝了

木子爱娱乐大号
2024-03-10 19:29:48
南海混战开打,菲方强援全部到位,中方2天7次出手,率先狙击美国

南海混战开打,菲方强援全部到位,中方2天7次出手,率先狙击美国

吴学兰
2024-03-28 10:13:15
7分钟大定破2万!小米汽车21.59万元起售,能打穿哪些同行?

7分钟大定破2万!小米汽车21.59万元起售,能打穿哪些同行?

澎湃新闻
2024-03-28 22:44:36
盒马要求部分全职员工转外包,不再缴五险一金 律师:不合法,要赔偿

盒马要求部分全职员工转外包,不再缴五险一金 律师:不合法,要赔偿

红星新闻
2024-03-29 13:25:20
普京突然发出威胁:击落北约飞机!轰炸北约机场!

普京突然发出威胁:击落北约飞机!轰炸北约机场!

予时Colorful
2024-03-29 06:20:58
抢饭、插队、打群架、红歌会、广场舞...豪华游轮上海首航,被老年团玩成海上农家乐

抢饭、插队、打群架、红歌会、广场舞...豪华游轮上海首航,被老年团玩成海上农家乐

脊梁in上海
2024-03-28 19:50:01
朝鲜战争中,美国本有一次战胜中国的机会,却遇到玩命的中国师长

朝鲜战争中,美国本有一次战胜中国的机会,却遇到玩命的中国师长

青青河边
2024-03-27 11:41:06
收盘,再次精准预判,主力满手筹码,下周行情将会彻底起爆!

收盘,再次精准预判,主力满手筹码,下周行情将会彻底起爆!

凸教授
2024-03-29 15:12:16
5只鸡过河视频一夜爆火!活了几十年,没想到被鸡上了一课…

5只鸡过河视频一夜爆火!活了几十年,没想到被鸡上了一课…

每周文摘
2024-03-27 11:55:59
8个名额被预定!国足争0.5个:连过4关进世界杯,堪比意大利夺冠

8个名额被预定!国足争0.5个:连过4关进世界杯,堪比意大利夺冠

侃球熊弟
2024-03-29 10:03:20
德云社演员透露:郭德纲看到曹云金礼物慌了神,其他人看到也心酸

德云社演员透露:郭德纲看到曹云金礼物慌了神,其他人看到也心酸

七阿姨爱八卦
2024-03-28 22:51:10
电价调整!5月1日起施行!

电价调整!5月1日起施行!

荆头条
2024-03-29 12:34:49
4-1后伊万或清退中方教练组,3人将被拿下,他执教的国足不讲人情

4-1后伊万或清退中方教练组,3人将被拿下,他执教的国足不讲人情

我就是一个说球的
2024-03-28 17:15:09
2024-03-29 17:22:44

科技要闻

雷军:我们是卷王,建议BBA车主感受下时代

头条要闻

威马汽车负债超过203亿元 多位高层被抓

头条要闻

威马汽车负债超过203亿元 多位高层被抓

体育要闻

拒绝为国出战,他是足坛"天选打工人"

娱乐要闻

胡夏被曝有孩子!工作室火速辟谣

财经要闻

张维迎:如何正确理解企业家精神?

汽车要闻

找回久违的开怀大笑 试驾小米SU7 Max

态度原创

家居
旅游
健康
艺术
教育

家居要闻

弧岛栖居,极致温柔奶油底色

旅游要闻

赏花不止于“春” 农文旅融合助力乡村

早防早筛,远离肝硬化

艺术要闻

艺术开卷|从闺阁、庭院到郊野,古画中的女性生活空间

教育要闻

男孩当街暴打妈妈引发众怒,真实原因曝光,网友:不值得同情!

无障碍浏览 进入关怀版
×