新時代大幕開啟:2021年人類航天五大看點

來源:未知 編輯:渭南科普2021-01-20 00:05
   2020年,對于人類社會而言,是充滿挑戰、極其不平凡的一年;而對于人類航天而言,卻是百花齊放、孕育眾多機遇的一年。
  這一年,人類共計發射火箭114次,中美兩國分別發射了39次和44次,占到了七成以上,兩股勢力引領世界航天的格局明顯。
  2021年,世界航天將迎來一系列高難度任務,將會成為航天史上具有劃時代意義的一年。
  中國正式進入空間站時代
  人類航天最難的技術莫過于載人航天。1961年蘇聯(俄羅斯)和美國率先突破并全面掌握這項技術,之后一直處于壟斷地位,直到2003年10月15日,中國神舟五號飛船才打破這項壟斷。時至今日,中、美、俄依然是僅有的三個全面獨立掌握各項載人航天技術的國家。
  對于載人航天技術而言,建立長期在軌、多人駐留的空間站是巔峰高地,也是最終目標。
  
  中國建造天宮空間站的三大火箭主力©️
  圖片來源:中國載人航天工程網官方微博
  2021年春,中國載人航天工程將開始實施最重要的第三步,全面建造天宮空間站。未來兩年內,長征二號F(神箭,發射神舟載人飛船)、長征七號(發射天舟貨運飛船)和長征五號B(發射天宮最重要的核心艙和實驗艙等)這三大主力火箭將陸續進行11次任務,以期順利建成中國天宮空間站。
  千年之前蘇軾曾經問過:“不知天上宮闕,今夕是何年?”對于中國而言,2022年時,天上宮闕不再是古人浪漫的幻想,國際空間站也將不再孤獨。
  人類最強火星探測陣容陸續抵達
  由于相對位置關系,從地球出發去火星,理想探測窗口每26個月才出現一次。2020年7月的火星探測窗口,人類派出了史無前例的火星探測陣容,三個任務先后出發。其中包括:
     1.7月20日,阿聯酋首個火星探測器“希望號”發射成功,她也是阿拉伯世界首次火星探測器;
     2.7月23日,中國首次火星探測任務“天問一號”探測器發射升空,天問一號包括軌道器、著陸器、巡視器,是人類探測火星近幾十年來工程技術方面最復雜的一次任務;
     3.7月30日,美國“毅力號”火星車攜首架火星直升機“機智”號一同前往火星,這也是人類最復雜最昂貴的火星探測任務,機智號是人類首次在地外天體使用直升機技術。
  
  2020年發射的人類三大火星探測任務:希望號,天問一號和毅力號©️
  圖片來源:NASA/CNSA
  三個任務將在2021年2月份陸續抵達火星。阿聯酋的“希望號”預計于2月9日抵達火星附近,并準備制動進入環繞火星軌道,中國的“天問一號”將在一天之后的2月10日左右抵達,美國的“毅力號”將在2月18日前后抵達。
  2月11日是中國農歷除夕夜,天問一號將會為14億中國人送上最特殊的祝福。
  史上最貴科學類任務:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射
  隨著技術難度和預期目標的逐漸提升,原計劃2007年發射、預算5億美元的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,一直拖延到2021年10月31日發射、預算逼近100億美元。這讓它的成本甚至遠超著名的哈勃太空望遠鏡,成為當之無愧的史上最貴科學類航天任務。
  
  測試中的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡©️
  圖片來源:NASA
  目前,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡迎來了一個重大進展:五層太陽傘測試完畢,這意味著它已經基本能夠滿足2021年的發射目標。
  五層太陽傘每層展開時有300平米左右,每層厚度25微米或50微米(第一層),小于人的頭發直徑(80-100微米),這厚度已經包括了鍍的硅膜和鋁膜。
  發射前,需要將它們先折疊起來塞進火箭里,發射后,它們將在距離地球150萬千米外的太空中完整展開,這過程會經歷非常大的溫度變化。不僅如此,望遠鏡的工作環境在零下220攝氏度左右,這意味著,它要有較好的降溫能力,能做到最高降溫300攝氏度(理論設計值)。
  當然,它18面鏡片的要求更高,它們要求加工拋光、展開和控制、高低溫變形精度都在10納米級別,大概是幾十個鈹(鏡片主要材料)原子擺在一起的寬度。 
  需要強調的是,不像哈勃望遠鏡,發射之后出了問題還可以維修,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射是“一錘子買賣”。希望明年我們能順利見證這個不可思議的任務成功。
  Space X迎來大破局之年
  作為商業航天勢力的引領者,美國太空探索技術公司Space X成為了攪動世界航天的超級“鯰魚”。
  僅在2020年,Space X進行了26次火箭發射,100%成功,總發射次數突破100,發射的載荷數量和重量都為世界之最。
  在2020年的26次發射任務中,5次為新火箭、21次為復用火箭,突破了火箭7次發射復用技術。其中2次為載人任務,讓美國重新獲得本土出發的載人航天能力;3次為軍方載荷,獲得了不菲的利潤;14次為星鏈任務,共計部署了800余顆衛星,使得Space X躍居為世界最大衛星運營商。
  
  星艦全箭測試藝術效果圖©️
  圖片來源:Space X
  2021年,Space X將迎來跨越式發展。年初,創始人伊隆·馬斯克公布了火箭發射計劃,預計在2021年實現48次火箭發射,超過2020年美國總火箭發射次數。
  其中,絕大部分為復用火箭,15次發射部署的星鏈衛星數量將相比現有規模翻倍;約10次為美國和德國的軍方載荷;3-4次為商業載人任務,甚至會運送包括影星湯姆·克魯斯在內的4人乘組前往國際空間站拍攝電影。
  2020年末,在12.5千米高飛行測試中,最多能運送100名宇航員的星艦在最后時刻遺憾爆炸。2021年將有密集測試計劃,預計將實現首次全箭測試。
  2021年,或許是檢驗Space X從“鯰魚”成長為“鯨魚”的一年。
  邁向深空,人類的腳步越走越遠
  2021年,將會有一系列復雜的深空探測任務迎來重要節點時刻。
  
  太空發射系統和獵戶座飛船©️
  圖片來源:NASA
  已經吞金近400億美元的NASA重型火箭太空發射系統(SLS)和獵戶座飛船組合將迎來關鍵時刻,它們將為阿爾忒彌斯月球探測計劃執行首次飛行任務,這是目前世界最先進火箭和飛船的組合測試。
  NASA露西號小行星探測器將會發射。這是人類史上最復雜的一次小行星探測任務,在12年的時間內,它將遍訪1顆主帶小行星和6顆特洛伊小行星。
  NASA朱諾號木星探測器將迎來重要時刻。它已經在太空中飛行了9年之久,原計劃在2021年7月30日完成第34次接近木星后受控墜入木星,實現類似卡西尼號墜入土星的“華麗終章”。科學家們依然在緊張評估它的狀態,可能會延期它的服役時間。
  NASA冥王號(OSIRIS-REx)小行星探測器將會從貝努出發,將耗時三年返回地球。2020年,我們見證了日本隼鳥二號從小行星帶樣本成功返回地球的壯舉,期待冥王號(OSIRIS-REx)小行星探測器的精彩表現。
  此外,我們還有更多的太空勇士們在旅程中。帕克太陽探測器和太陽軌道器依然在通過異常復雜的行星引力助推之旅前往太陽;貝皮·科隆博號繼續飛在探索水星的旅途中;旅行者一號和二號已經在太陽系外旅行了43年,并且依然在工作;新視野號還在太陽系的邊緣尋找下一個探測目標。它們是人類的使者,更是人類的英雄。
  2021年,人類航天邁入新時代的大幕,即將開啟!

(責任編輯:渭南科普)

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