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直到70年代NASA喷气推进实验室(JPL)的研究人员计划发射一枚以光帆为推进器的航天器去实现与哈雷彗星的“会合”,在当时其他技术几乎是不可能实现的,所以该项目很快获得了NASA的立项。虽然最终由于技术限制和电推进方案的竞争该项目被放弃了,但这是人类第一次尝试利用光帆来进行空间探测。此次“光帆2号”既是第一个在地球轨道上使用光帆推进的航天器,也是继日本IKAROS任务之后,第二艘成功使用光帆的航天器。 那么,太阳光怎样为航天器提供推力呢? “光帆表面覆盖着能够反射太阳光的金属薄膜。”清华大学航天航空学院副教授龚胜平谈到,光子既有能量,又有动量,从动量的角度解释太阳光压力更好理解,光子撞击光帆表面的金属镀层时被反射,与光帆产生动量交换,从而给了航天器飞行的动力。 不同形态的光帆各有优点 龚胜平描绘了“光帆2号”的“出航”过程:最开始它以一个被“打包”的收缩状态放在卫星中,进入太空后展开,利用光压进行轨道攀升。 “光帆的形态分为两种,一种是自旋型,姿态自旋稳定;另一种是支撑型,姿态三轴稳定。”龚胜平表示,它们各有优劣,自旋展开方式不需要支撑结构,结构简单,且没有支撑结构可以获得更大面质比,但航天器自旋需要消耗一定能量,同时,改变光帆的姿态(帆面的空间指向)比较困难,而三轴稳定型则相反。“光帆2号”就属于支撑型,此前日本的IKAROS属于自旋型。 由于光帆的动力来源于太阳光,且光压强度与太阳距离平方成反比,当它在远离太阳时,其加速性能将大大减弱。因此,光帆在离太阳更近的空间探测任务中具有更大的优势。但也可以利用光帆的持续加速特性探测距离太阳较远的空间,这就要求在光压力变得很小之前利用光压力将光帆加速到很大的速度。 “面积为1平方公里的光帆受到的作用力大概只有9牛顿。”龚胜平表示。目前,光帆表面覆盖的金属镀层的材质几乎都是铝,它对太阳光的利用率接近90%,虽然光压力很小,但是如果我们能够将光帆制作得足够轻,使它的面质比足够大,依然可以获得较大的光压加速度。 “如‘突破摄星计划’提出的面密度为克/平方米的光帆在地球附近的光压加速度可以超过米/秒2。”龚胜平表示。 未来激光驱动将飞得更远 2016年,霍金在微博中提出了“突破摄星计划”。该计划旨在研发出一台“纳米飞行器”,由激光阵列驱动它达到五分之一光速,在发射后20年左右到达半人马座阿尔法星系统,并发送回来那里的行星图片。 龚胜平表示:“这个计划目前只是一个设想。在这个设想中,整个航天器质量只能有克,光帆帆膜厚度约为1000纳米,还要求推动它的激光光强达到200吉瓦,而这相当于几千个三峡大坝的发电功率。
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7月中旬,应空间与重大灾害国际宪章组织紧急事务官的数据请求,中国调动高分一号、二号、三号等遥感卫星对印度洪涝灾害区域进行多次成像工作,同时安排专人查询历史存档数据,及时将相关数据提供给印度空间研究组织,为印度洪灾监测提供空间技术支持,受到国际社会的高度评价。观灾情高分卫星明察秋毫在抗击印度洪灾中大显身手的高分卫星是中国对地观测的核心太空力量,也是投入国际救援的主要卫星系列,这是中国航天科技工作者积近10年之功,着力打造的星座系统。高分专项工程即高分辨率对地观测系统重大专项工程,是中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的16个重大科技专项之一。2010年,该专项被批准启动实施。2013年4月,高分一号首发星成功发射并精准入轨,该星突破了多光谱与宽覆盖相结合的光学遥感等多项关键技术,在分辨率和幅宽的综合指标上达到了当时国内外民用光学遥感卫星的领先水平。它的发射也拉开了中国高分卫星星座建设的序幕。2018年7月底,高分十一号卫星发射入轨。2019年3月,高分五号和六号卫星正式投入使用。中国基本建成了由高空间分辨率光学卫星、合成孔径雷达卫星、高光谱分辨率成像卫星等功能各异的业务卫星组成的星座系统。根据规划,2019年底,中国将再发射一颗高分卫星,全部完成天基系统的建设任务,然后把高分专项的工作重点转向应用体系建设方面。作为中国着力打造的一项重要空间基础设施,高分卫星不仅服务中国自身,而且向世界各国开放数据,助力国际防灾减灾事业。2015年1月,斯里兰卡遭遇洪灾,有关方面启动应急机制,编制高分一号卫星观测计划,及时对斯里兰卡受灾地区进行成像,为救灾工作提供支撑。2016年4月,厄瓜多尔连续发生强烈地震。中方应厄方请求,紧急调动高分二号卫星对受灾地区进行观测,并向其提供了大批影像图。追台风风云卫星见微知著极端天气造成的气象灾害是世界各国面临的普遍威胁,中国地形地貌复杂多样,饱受各类气象灾害之苦。为了提高气象预报能力,中国多年来一直致力于建设先进的气象卫星星座系统。早在上世纪70年代末,中国就启动了极轨气象卫星项目,被命名为“风云”。1988年9月,风云一号A星发射升空,中国正式开始了“风云”建设。虽然历经曲折,中国科学家克服重重困难,成功实现了风云一号C星、D星,风云二号诸星发射入轨和运行服役。2008年5月,“风云”升级到“三号”,之后实现了4颗星组网运行,显著提高效率,天气预报更新时间大幅缩短。2016年12月,中国风云四号A星发射,性能指标成倍提升,其中,观测效率比“前辈”提升了20倍,观测数据量增加160倍。不仅如此,该星首次实现成像观测和红外高光谱大气垂直探测兼备,使中国气象卫星技术大步跨到世界最前沿。根据计划,到2025年前,中国将发射3颗高轨、6颗低轨风云卫星。之后,风云五号及测云专用星等将列入发展日程。中国“风云”系统将逐步完备。风云卫星属于中国,但服务世界,造福于各国防灾减灾事业。今年4月,风云卫星监测到热带气旋“肯尼斯”在西南印度洋生成并预计到其登陆具体时间和位置,中国国家卫星气象中心向莫桑比克气象局通报了卫星监测情况,提供了风云卫星监测产品,并建议莫方使用风云卫星天气应用平台,协助莫方做好各项监测预警服务工作,为该国防灾减灾提供了气象技术支持。近年来,中国在全球台风监测预报中发挥了重要作用,除了“肯尼斯”之外,还有横扫菲律宾吕宋岛的超强台风“山竹”、登陆日本宫古岛的超强台风“玛丽亚”等。去年4月,风云气象卫星国际用户防灾减灾应急保障机制(FY_ESM)发布。这意味着,一旦遭受台风、暴雨、强对流、沙尘暴等灾害,FY_ESM用户国家可第一时间获得风云卫星高频次云图及相关定量产品。今年3月到4月,伊朗罕见暴雨引发严重洪水,中国气象局就针对天气系统及洪水情况,第一时间为其提供风云气象卫星遥感监测分析产品。目前,共有近100个国家和地区使用风云卫星数据,约20个国家通过中国气象局卫星广播系统实时接收风云卫星数据,约30个国家建成风云卫星数据接收站,20多个国家注册成为风云气象卫星国际用户防灾减灾应急保障机制用户。同时,中国还接受请求,将风云二号H星定点位置西移,以更好服务参与“一带一路”建设的国家。施救援北斗卫星独具优势2018年9月20日,第37、38颗北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射入轨。值得注意的是,这两颗卫星上首次搭载了自主研制的国际搜救、全球短报文、等离子体及表面充电风监测仪3个增量载荷,这标志着中国成为地面设备提供国后,正式成为国际搜救卫星组织的空间设备提供国。国际搜救卫星组织成立于1979年,是国际海事卫星组织推行的全球海上遇险与安全系统的重要组成部分。中国于1985年成为该组织用户单位。从用户变为地面设备和空间设备提供国,折射出中国在救援能力建设方面取得的巨大进步。随着北斗建设的推进,中国救援能力继续得到提升。根据中国航天科技集团发布的信息,北斗三号卫星继续搭载上述装备,组成更完备的搜救系统。与美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯导航系统相比,中国北斗具有一大特色,那就是“短报文”功能。所谓的短报文,是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递。