¿Qué detectores necesitan los humanos para explorar el universo?
La exploración del mundo más allá de la Tierra, o "exploración espacial", se puede realizar de diferentes maneras: una es viajar largas distancias y volar cerca para descubrirlo; la otra es desplegarse en la superficie de la Tierra; Los telescopios terrestres y espaciales cercanos a la Tierra, etc., recogen luz visible, rayos X, etc. para análisis e investigación.
Diferentes objetivos requieren diferentes detectores. La sonda Lucy lanzada recientemente por Estados Unidos tiene como objetivo llegar a 8 asteroides. Aunque requiere un largo viaje, en comparación con las sondas a Marte lanzadas por China, Estados Unidos y otros países el año pasado, Lucy es más "frugal". con un presupuesto menor.
La primera sonda solar de mi país, Xihe, se lanzó no hace mucho. Aunque tiene la importancia pionera de lanzar la "exploración del sol" espacial de China, también es un pequeño proyecto de exploración espacial.
Se puede decir que, con costos limitados, a menudo es necesario elegir entre detectores: o un ciclo largo, tareas complejas y objetivos científicos importantes o un ciclo corto, tareas especializadas y bajos; costo.
Primera exploración de asteroides troyanos: 12 años de odisea del sistema solar
El 16 de octubre, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) lanzó la sonda de asteroides Lucy. Durante su viaje de 12 años de recorrido por el sistema solar, pasará junto a ocho pequeños cuerpos celestes de diferentes tamaños, tipos y ubicaciones, y se espera que revele el misterio de los asteroides troyanos de Júpiter por primera vez.
La gran mayoría de los asteroides conocidos del sistema solar se concentran en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter. Se les llama "asteroides del cinturón principal".
Los asteroides troyanos están aún más lejos de nosotros. Son el nombre colectivo de al menos miles de asteroides que tienen órbitas exclusivamente con Júpiter. Dependiendo de su ubicación, los asteroides troyanos se pueden dividir en dos pequeños grupos: un grupo está ubicado en el punto L4 de Lagrange de Júpiter-Sol (frente a Júpiter) y el otro grupo está ubicado en el punto L5 de Lagrange de Júpiter-Sol. (detrás de Júpiter), estos asteroides, junto con Júpiter, orbitan alrededor del sol con el mismo período y la misma velocidad.
Según el plan, Lucy visitará 6 asteroides troyanos de Júpiter, 1 satélite de un asteroide troyano y 1 asteroide del cinturón principal, estableciendo un récord de mayor número de cuerpos celestes explorados en una sola misión.
Los científicos pueden saber aproximadamente a partir de observaciones a larga distancia que estos objetivos de detección varían en tamaño y composición. El diámetro más pequeño es de sólo 1 kilómetro, y el diámetro más grande puede alcanzar los 140 kilómetros...
Lucy Después de despegar, primero necesita experimentar dos aceleraciones gravitacionales alrededor de la Tierra. Está previsto que sobrevuele el asteroide número 52246 en el cinturón de asteroides principal en abril de 2025. Después de eso, Lucy continuará volando hacia el sistema solar exterior hasta que alcance el punto L4 de Lagrange de la órbita de Júpiter en 2027, y visitará cuatro asteroides troyanos y un satélite del asteroide.
Después de eso, Lucy volará nuevamente al sistema solar interior, "jugando a las casitas sin entrar" en la órbita de la Tierra, y una vez más "pedirá prestado" para volar al punto L5 de Lagrange en la órbita de Júpiter para explorar dos Más planetas. Si todo va bien, ya será el año 2033.
¿Por qué explorar los asteroides troyanos? Los científicos creen que los asteroides troyanos probablemente sean restos de materiales primitivos del sistema solar primitivo y son "cápsulas del tiempo" del nacimiento del sistema solar hace más de 4 mil millones de años. Estos cuerpos celestes contienen pistas importantes para descifrar la historia temprana de. el sistema solar e incluso puede hablarnos sobre los materiales orgánicos de la Tierra y el origen de la vida.
Cabe mencionar que Lucy debe su nombre al fósil de "Lucy", un antiguo ancestro humano descubierto en Etiopía. Este antiguo esqueleto humano es de gran importancia para el estudio de los orígenes y la evolución humanos. Nombrar el detector con este nombre también genera la misma expectativa. El asteroide número 52246 sobre el que pasó Lucy en el cinturón de asteroides principal ha sido denominado "Planeta de Donald Johnson", quien es el descubridor de los fósiles de "Lucy".
Clasificación de la misión espacial: Lucy es un proyecto "barato"
Si todo va bien, Lucy establecerá un récord: será la nave espacial propulsada por energía solar más alejada del sol, la distancia máxima será alcanzar 853 millones de kilómetros, que es 6 veces más que la distancia entre el sol y la tierra.
En el pasado, las sondas del espacio profundo que volaban distancias tan largas, como la Voyager y la Cassini, estaban equipadas con baterías nucleares. También existe un factor de último recurso al utilizar paneles solares en Lucy: el presupuesto limitado.
En el nivel de misión de la NASA, Lucy pertenece al nivel "Discovery", inferior al nivel "New Frontier" y al nivel "Flagship".
El programa "Discovery" se creó en 1990 para "completar numerosas misiones de exploración espacial a bajo coste y con sabiduría pública". El presupuesto generalmente no supera los 450 millones de dólares.
La misión "Discovery" más conocida es la misión Mars Pathfinder: el rover Sojourner Mars que llevaba aterrizó con éxito en la superficie de Marte utilizando un paquete de bolsa de aire y aterrizó con éxito en Marte durante casi 3 meses. .
Más alto que el nivel "Descubrimiento" se encuentra el nivel "Nueva Frontera". El objetivo de este nivel de misión es "proporcionar un alto rendimiento científico".
Actualmente hay tres misiones de clase "Nueva Frontera" que se han implementado, a saber: la sonda New Horizons lanzada en 2006 y llegó a Plutón en 2015; la sonda Juno lanzada en 2011 y entró en la órbita de Júpiter, la OSIRIS-REx; sonda que aterrizó con éxito y tomó muestras del asteroide Bennu en 2020 y se espera que regrese a la Tierra en 2023.
Sin embargo, aunque la misión Lucy es del nivel "descubrimiento", su presupuesto ha alcanzado los 981 millones de dólares, lo que en realidad alcanza el nivel de "Nuevas Fronteras".
La misión de más alto nivel de la NASA es el nivel "buque insignia", también conocido como "misiones científicas estratégicas a gran escala". La mayoría de las misiones "emblemáticas" son bien conocidas: incluida la misión de exploración Viking a Marte en la década de 1970, el programa Voyager, el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio de Rayos X Chandra, el Curiosity Mars Exploration Rover y la Misión Magnetosférica Multiescala (MMS). ) y el satélite de observación de la Tierra Terra, etc. La misión "insignia" más reciente es la misión de exploración de Marte de la NASA lanzada el año pasado.
"Powering Science: NASA's Large Strategic Science Missions", publicado por las cuatro principales academias nacionales, afirma que las misiones "emblemáticas" "se centran en un amplio conjunto de objetivos", mientras que las misiones más pequeñas "se centran en un solo objetivo o en un un pequeño número de objetivos estrechamente relacionados”. Sin embargo, "las misiones más pequeñas a menudo pueden completarse en cinco años, en comparación con las grandes misiones estratégicas que suelen tardar una década o más en desarrollarse. A veces esto hace que las misiones más pequeñas sean más adecuadas para responder a los últimos descubrimientos".
De manera similar, con respecto al modelo jerárquico de las misiones de exploración del espacio profundo de China, Liu Jizhong, director del Centro de Exploración Lunar e Ingeniería Espacial de la Administración Nacional del Espacio, señaló que, basándose en las limitaciones de los objetivos de la misión, los aspectos técnicos capacidades, escala del sistema y requisitos de financiación, se puede dividir las futuras misiones de exploración del espacio profundo en tres categorías:
Las misiones pequeñas encarnan "cortas, planas y rápidas": apuntando a un cuerpo celeste específico, objetivo científico o Verificación de la tecnología aeroespacial, se lanzan productos aeroespaciales maduros después de la transformación adaptativa, la escala del detector se controla dentro de las 3 toneladas y se implementa de 4 a 5 veces cada 10 años con menos costo.
Las misiones de tamaño mediano reflejan un rendimiento de alto costo. Con el objetivo de lograr los objetivos de detección conjunta de múltiples cuerpos celestes y la combinación de múltiples métodos de detección, superaremos muchas tecnologías nuevas y desarrollaremos algunos equipos nuevos sobre la base de los existentes. naves espaciales, cohetes y otros productos técnicos, construir algunas instalaciones nuevas, controlar el tamaño del detector en 3-10 toneladas, implementarlo 2-3 veces cada 10 años y el costo es medio.
Las misiones a gran escala encarnan importantes descubrimientos científicos y avances tecnológicos. Su objetivo es tomar muestras y devolver muestras de objetos extraterrestres y estaciones de investigación científica de catálogo de estrellas tripuladas por robots o no tripuladas a largo plazo, conquistando una gran cantidad de nuevas tecnologías. y la construcción de múltiples proyectos de investigación científica a gran escala, el desarrollo de nuevas naves espaciales, el tamaño del detector debe controlarse en más de 10 toneladas y debe implementarse 1 o 2 veces cada 10 años, y el costo es relativamente. alto.
Exploración espacial de China: Hay grandes proyectos pero también pequeños objetivos
Wu Ji, jefe del Proyecto Piloto de Ciencia Espacial (Fase I) de la Academia de Ciencias de China e investigador de la El Centro de Ciencias Espaciales e Investigación Aplicada de la Academia de Ciencias de China cree que, debido a las fuertes inversiones realizadas por la antigua Unión Soviética y los Estados Unidos durante la Guerra Fría, casi todas las "primicias" de fácil acceso en la exploración espacial se dividieron entre Estados Unidos y la Unión Soviética. "Los descubrimientos duplicados no tienen importancia científica. Por lo tanto, se deben encontrar puntos de entrada innovadores".
Wu Ji también señaló que la actual inversión nacional en ciencia espacial no se puede comparar con la de Estados Unidos. Los fondos deben invertirse donde más se necesitan.
Las estadísticas muestran que entre los 6.000 vehículos espaciales lanzados en todo el mundo en las últimas décadas, hay alrededor de 700 satélites y sondas de espacio profundo utilizados específicamente para la investigación científica espacial. Durante mucho tiempo, la ciencia espacial de mi país ha sido un defecto de la industria aeroespacial de mi país; la investigación en ciencia espacial depende en gran medida del análisis secundario de datos públicos de otros países.
Con este fin, en 2011, la Academia de Ciencias de China lanzó un proyecto estratégico líder en ciencia y tecnología en ciencia espacial. Hasta ahora, el satélite de materia oscura "Wukong", el satélite "Shijian-10", el satélite cuántico "Mozi" y el satélite telescópico de modulación de rayos X duros "Huiyan" han producido o están produciendo una serie de descubrimientos científicos importantes y originales. Los logros innovadores han logrado una serie de avances en tecnología espacial avanzada o líder a nivel internacional, que han mejorado en gran medida la reputación internacional de China en la ciencia espacial.
Se puede ver que entre las misiones espaciales de mi país en los últimos años, hay proyectos importantes extremadamente desafiantes, como el "Proyecto de exploración planetaria de China", y algunos que se implementan para resolver un único objetivo y dependen de equipos o plataformas existentes.
Tomemos como ejemplo Xihe, el primer satélite experimental de ciencia y tecnología de exploración solar de mi país lanzado el 14 de octubre: Xihe pesa sólo más de 500 kilogramos y es un “satélite pequeño”. Tiene una vida útil de 3 años y opera en una órbita heliosincrónica a una altitud de 517 kilómetros y una inclinación de 98 grados. Xihe es una plataforma satelital con "precisión de puntería ultra alta y estabilidad ultra alta" desarrollada por el Octavo Instituto de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China basada en una plataforma existente. Según Chen Jie, subdirector ejecutivo del Comité de Ciencia y Tecnología de la Octava Academia de Ciencias, la plataforma también será ampliamente promovida y aplicada en misiones espaciales de nueva generación, como estudios terrestres de alta resolución, cartografía estereoscópica a gran escala, energía solar. detección estereoscópica y descubrimiento de exoplanetas.
Planificación: Zhang Zhichao