为了探测小行星上的钻石,这些高校决定众筹一个微纳卫星|于晓洲
随着电子技术越来越强,我们可以把卫星做得越来越小,功能越来越强。现在很多微纳卫星的功能,实际上和以前大卫星的功能也差不多了。
我以前做的卫星都是围绕着近地轨道做一些科学任务,后来我想,能不能做点更好玩的。比如——观测系外行星,探测充满贵金属的小行星。
2020年8月22日,“我是科学家”第24期演讲现场,大连理工大学航天航空学院教授于晓洲,带来演讲:《用微纳卫星探索深空,我想知道超级地球离人类有多远》。
于晓洲演讲视频:
以下为于晓洲演讲实录:
大家好,我是来自大连理工大学的于晓洲。
近10年来,我一直从事微纳卫星的研究。这10年做了很多有意思的事情,首先做了一些近地轨道的卫星,来做科学实验。未来我希望做一些更有意思的项目,比如找超级地球。
找超级地球有很多办法,传统的办法是发卫星。不过传统卫星有缺点——又大又重又贵。举个例子,2018年发射了一颗叫BEPICOLOMBO的卫星去看水星,研制了20多年,花了30多亿欧元,有4吨重。
一直发这么大的卫星,我们压力很大。那怎么办?
可以做一些小号的卫星去探测,所以我现在的研究方向,就是用这种微纳卫星做探测。
什么是微纳卫星?
1公斤到100公斤的卫星,我们可以称它为“微纳卫星”。这种卫星的好处是:轻、小、成本低、研制周期短。
随着电子技术越来越强,我们可以把卫星做得越来越小,功能越来越强。现在很多微纳卫星的功能,实际上和以前大卫星的功能也差不多了。10年前的大卫星,可能有些功能还不如我们现在这种小卫星。
比如说“鸽群卫星”,它的特点是数量多。在地球的近地轨道几百公里轨道上,有100多颗, 在不停地拍照。
和大卫星比,它拍得照片不是很清楚。但是没关系,因为不是所有的应用都需要特别清晰的照片。相比缺点,鸽群卫星的优点更明显——它能不停地拍,让你看到实时照片。比如说,它可以每天都更新,或者半天更新一次。大卫星不行,有时大卫星的照片要几周,甚至上月才能更新一次。
第二颗卫星是我好朋友美国的Jordi教授做的,NanoACE这个立方星项目。这个卫星就像小朋友的鞋盒那么大,也不重,5公斤2颗。
它可以做交会对接:一开始在天上飞得好好的,突然能交会起来,还能再分开。对于做卫星来说,尤其是这么小的卫星,技术上很有难度。
第三颗卫星也很有意思,它不大,也就女士靴子的鞋盒那么大。但它能看台风、进行天气观测,相当于一个小雷达。也就10来公斤的一个小雷达在天上飞,精度很高。
微纳卫星现在全球热度很高,每年全世界有上百个这样的卫星发射。欧空局还做了一个未来立方星的图谱,有观测地球的、有观测月球的、有观测小行星的。
这种立方星最大的好处是成本很低,而且它可以平台互换:这个卫星上的部件可以放到另一个卫星上,大家可以通用,多便宜。
我以前做的卫星都是围绕着近地轨道做一些科学任务,后来我想,能不能做点更好玩的。
机缘巧合,去年我碰到了一个朋友,他在列日空间中心工作,当时他们在做系外行星观测。后来他到西安出差的时候,我俩吃了一顿饭,产生了一个想法——我们一块来做能观测系外行星的卫星吧。
什么是系外行星?
其实太阳系以外的行星就叫“系外行星”。90年代人们都认为有系外行星,但是没有发现过。后来两位瑞士科学家发现了系外行星。24年后,这两个瑞士科学家,因为发现了第一颗系外行星飞马座51b,获得了诺贝尔奖。
但这个系外行星非常不适合我们居住,温度1000度,一般生物肯定生活不了。
那么,我们能不能找一些适合人类居住的呢?
人类不可能永远呆在地球上,一定会往深空去。那往深空去,总得找一个适合居住的地方,不可能一直生活在飞船上。
恒星生活环境太恶劣,宜居的星球只能是行星,因此找适合人类居住的系外行星很重要。
以前人们看系外行星的方法比较简单,都是间接法。
为什么不直接看?
很简单:恒星那么亮,无法直接看到旁边的行星。
而间接法,测量的是行星经过恒星时,恒星的光线的变化。因为行星经过时,会遮住一部分恒星的光,所以人类就根据光变暗的程度来研究,经过的行星有多大。
但是,大部分系外行星不适合用这种方法观测,后来我们就想有没有更好的观测方法。
当时,我们选择了比邻星b作为观测对象。第一是因为它离我们近,光只要走4年多就到了。第二,比邻星b距离它的恒星,只有700万公里,这个距离很合适——距离恒星太近就热死了,距离恒星太远了又会非常冷。
研究对象有了,总得有好的研究方法。Jérôme教授他们擅长做深空观测的科学仪器,提出了一个很有意思的方法:做两个光学系统,光照进来之后,经过数字处理来得到行星的信息。
方法说起来很简单,其实真的好复杂,但是幸好地面已经验证过了,我们希望用微纳卫星,看看这个方法在天上可不可行。
这颗星有很多难点,举个例子,这个星要求长度尽可能长。我们知道火箭的体积是有限的,如果卫星特别长,就不方便往火箭里装了。后来我们提出解决方案:做一个会变形的卫星,有点像变形金刚。
除了系外行星,我们还在做一些很有意思的事儿——我们希望将来能把卫星送到小行星附近。
小行星有啥用?
以前大家听小行星都说,小行星有生命起源,小行星可以研究太阳系起源,小行星可以研究很多的天体物理等等。
最近大家又发现了一个新的热点,小行星是个宝藏——上面有金有银,有铜有镍,有很多贵金属。最近还有一个消息说,有的小行星上全是钻石。
如果能拉一个小行星,到地球轨道来开采一下,那是非常棒的一件事。
但在这之前,还是要先探测小行星,看看上面到底有什么。于是,就需要发射微纳卫星。微纳卫星虽然不大,但也很贵。光发射 1公斤卫星到近地轨道就得十几万人民币。
那怎么办?
我们就几个大学和研究机构合作,清华大学、武汉大学、北京理工大学、长光卫星、中科院等等。大家合作,有钱的出钱,没钱的出人,大家一块来攒一个卫星。
在做这些深空项目之前,我本人其实不做卫星。有一天晚上,我在来北京出差的路上,坐着绿皮车,忽然来了一个电话。
是我师兄,在国外大学,他问我:有个国际合作项目,用卫星探测大气,你参加吗?
我说,我参加。这才机缘巧合地参与了卫星的项目。
其实在上中学的时候,我很迷茫,自己不知道自己想干啥。但是有一点我知道:我喜欢看《科幻世界》、《航空知识》、《航空航天》。
上大学后,我就选择了西工大,因为西工大航空航天很好。但我没想到,一上大学专业竟然是导弹的。我本科毕业设计、研究生、博士、副教授初期,全是在做导弹。
因为2010年的一个电话,才改变了我的人生,去做了卫星。
当时还是有选择的:我可以接着做导弹,也可以做卫星。我又想了两天,后来决定——就按自己本心吧,喜欢做啥就做啥。
于是才转入了卫星行业。
所以我相信,只要你努力,只要你坚持,很多时候有些不可能的事情可以变成可能。
谢谢大家。
演讲嘉宾于晓洲:《用微纳卫星探索深空,我想知道超级地球离人类有多远》 | 摄影:VPhoto
作者:于晓洲
监制:吴欧
策划:白瑞雪、麦芽杨
编辑:范可鑫
排版:凝音
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