極限科技改變太空工程，幾克重的人造衛星將不足為奇

　　在過去幾年中，一項頗有前景的方法是太空極限設計，就是將太空探測器或者太空裝置最大化或者最小化。通過最近由英國皇家工程學院資助的一項為期10年研究計劃，研究小組正在探索航天器極端設計的可能性。我們相信，這是一個亟待開發的領域，可能對未來太空任務設計提供新的理念。

　　新浪科技訊 北京時間8月19日消息，據國外媒體報道，今年是「阿波羅號」飛船首次登月50周年，這一成就得益於太空技術的飛速發展，才使得人類登月成為可能。在此次登月活動之前非常短的時間內，工程師們已經掌握了火箭推進、機載計算和太空操作，這在一定程度上要歸功於巨大的財政投入。

　　自阿波羅號登月以來，太空工程迅速發展成為一系列相輔相承的技術，這些技術提供令人興奮的新型太空科學任務、地面觀測數據，並建立全球通訊和導航服務網路。現在我們可以在彗星表面著陸探測器，窺探發現宇宙的歷史。但是未來幾十年，什麼樣的最新太空技術能夠對航天領域帶來革新變化呢？

　　在過去幾年中，一項頗有前景的方法是太空極限設計，就是將太空探測器或者太空裝置最大化或者最小化。通過最近由英國皇家工程學院資助的一項為期10年研究計劃，研究小組正在探索航天器極端設計的可能性。我們相信，這是一個亟待開發的領域，可能對未來太空任務設計提供新的理念。

　　微型化設計

　　這是30×10×10厘米的CubeSats衛星，重量僅有幾公斤，可以攜帶多種不同的有效載荷，它們經常用於地球觀測，或者進行低成本的科學實驗。

　　航天技術微型化可以縮小太空飛船體積，例如：100公斤重的小型人造衛星可用於災害監測，它們可以多顆小衛星協同工作。近年來，科學家還設計立方體微型衛星，這是30×10×10厘米的CubeSats衛星，重量僅有幾公斤，可以攜帶多種不同的有效載荷。它們經常用於地球觀測，或者進行低成本的科學實驗，由於多顆微型衛星可以作為二次有效載荷，搭載較大的衛星發射升空，之後在太空展開部署。

　　我們的目標是在航天技術上降低一個數量級，首先從3×3厘米的衛星印刷電路板（PCB）開始，之後是更加緊湊的太空設備。目前已對這種微型人造衛星實現了軌道演示，以Sprite微型人造衛星為例，它的重量僅有4克，但是麻雀雖小、五臟俱全，它擁有感測器、通信和機載數據處理功能。

　　目前，Sprite微型衛星已部署在國際空間站外側，前不久，KickSat-2太空任務中部署了105顆Sprite微型衛星，每顆衛星成本不到100美元。在太空部署衛星之後，第二天就成功接收到了信號，未來這些微型化設備有望在太空執行新的任務。

　　未來還計劃製造自由飛行的裝置，可以控制它們在太空中的方向和軌道，這將使我們能夠部署大量感測器，實現分散式感測網路，支持實時、大規模的數據收集，包括空間天氣監測，體積更小的設備可基於單塊硅晶元實現高度集成、大規模生產的微型衛星。

　　一種令人興奮的可能性是，通過耦合大型光帆，將這樣的微型衛星與星艦結合在一起，能夠在幾十年內到達其他恆星系統，同時，也可以用於在彗星或者小行星附近無處不在的勘測分析。

　　超大太空結構

　　目前國際空間站已使用30米長的大型可伸展吊杆放置太陽能電池陣列。未來我們的目標是在太空軌道製造大型、輕重量結構，使太空結構再提升一個數量級。這可以通過將3D列印技術應用於真空和微重力環境來實現，我們相信這種方法可以製造大型天線、能量收集器或者太空反射器。

　　為什麼我們需要這樣的大型太空結構呢？以詹姆斯·韋伯太空望遠鏡為例，它將很快取代哈勃太空望遠鏡，它擁有一個巨大主鏡，由一個網球場大小的盾狀結構遮擋陽光，為了將這項技術應用到「阿麗亞娜5號」火箭上，主反射鏡和遮陽板都採用可伸展設計。一旦進入太空，就需要一系列複雜的單獨發射，否則就面臨任務失敗的風險。

　　在太空軌道上直接製造大型輕質結構，可能對太空技術產生重要影響，降低了從地面發射精密設備的風險，例如：如果在連續性製造過程中，結構支撐材料可直接列印在反射膜上，將潛在製造數百米寬的大型反射器。

　　在極地軌道，這種反射器可以在黎明和黃昏時間段照亮陸地太陽能發電站，儘管發電量很低，但是供電現貨價格很高，這將是一種全新的太空服務，其產品是能源而不是信息。

　　它還可以用於反射光線，從而產生工業規模的太陽熱能，用於處理從近地小行星上回收的材料，例如：1個500米半徑的反射器攔截的熱能為1G瓦，相當於地面上一個普通發電站的產電效能。

　　在小行星上高溫蒸發水具有一個特殊的作用，因為它可以幫助我們在太空中製造推進劑。太陽能發電可以將水分解為氫和氧，並將它們作為燃料。當它們重新組合併點燃時，就會燃燒產生推力，推動宇宙飛船在太空中飛行。未來在太空軌道上製造推進燃料可以降低未來人類太空冒險的成本，避免從地球表面將燃料運輸至太空。（葉傾城）

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