www.2492777.com:“新视野号”探测器飞越海王星轨
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新视野号探测器是在北京时间8月25日上午10:04飞越海王星轨道的,现在它距离海王星大约40亿千米,差不多是地球到太阳距离的27倍。尽管到海王星的距离要远远超过当年的旅行者2号的最近纪录,新视野号上的望远相机还是在7月10日远距离拍摄了几张海王星的照片。

www.2492777.com 1重型猎鹰火箭首飞升空。图片来源:John Kraus

与旅行者1号和2号的历史性观测类似,新视野号在探测冥王星之后,还将继续深入柯伊伯带(太阳系中由海王星轨道以外的冰质天体构成的一个盘状区域),以及太阳系外侧甚至太阳系以外的其他区域,去探索更多的未知。

下面列出的几款现役火箭的低地球轨道最大载荷质量,或许能够让你对重型猎鹰的运载能力有一个大致了解:

“这一宇宙级别上的巧合,将NASA历史上标志性的外太阳系探测器之一,与我们的下一代外太阳系探测器关联在了一起。”NASA行星科学部主任吉姆·格林(Jim Green)说,“整整25年前,就在海王星,旅行者2号让我们有机会向一颗当时尚未被探测过的行星投去了‘第一眼’。现在,轮到‘新视野’探测器了。明年夏天,它将揭示尚未被探测过的冥王星及其卫星们的惊人细节,随后继续挺进广袤的外太阳系深处。”

更便宜,可复用

相对它的运载能力而言,重型猎鹰算是相当便宜了,这也是SpaceX公司最大的卖点。一次性使用、完全不回收的重型猎鹰,一次发射报价1.5亿美元。作为对比,联合发射同盟的德尔塔Ⅳ重型火箭只有不到一半的运载能力,发射报价却高达3.5亿美元。事实上,重型猎鹰还可以回收利用(如果发射较轻载荷的话),发射报价还可以大幅降低。可复用的重型猎鹰,发射报价是9000万美元。

www.2492777.com 2重型猎鹰的两枚助推火箭,发射后垂直着陆在发射场附近的1号和2号着陆区。图片来源:SpaceX

正如美国行星学会指出的那样,猎鹰9号目前已经获得认证,只能发射预算相对较低的科学任务。不管是一次性使用还是允许回收复用,重型猎鹰火箭都能大幅度降低发射费用,并且缩短探测器抵达目的地所需的时间,将使得前往外太阳系的探测任务数量倍增。

www.2492777.com 325年前,旅行者2号近距离飞掠海王星(远处那颗蓝色星球)和海卫一(近处这颗黄色星球),为明年夏天新视野号探测器飞掠冥王星作了一场预演。图片来源:NASA

冥王星轨道器和阋神星飞掠任务

2015年,NASA的新视野号探测器让我们第一次看见了冥王星及其卫星卡戎(Charon)的超清晰影像。在那之前,还从来没有任何探测器去过冥王星。

新视野号发回的数据表明,冥王星是一颗地质活跃的星球,有着由氮冰构成的巨大平原,有着雾霭重重的多层大气,还有着高达3000米的山峰。甚至还有证据表明,冥王星的地表之下可能潜藏着大片液态水的海洋。

www.2492777.com 4新视野号发回的冥王星细节照片,可以看到由冰构成的山峰。图片来源:NASA

可惜,新视野号只是一次飞掠任务,带给我们的问题远比答案更多。它不是一个轨道探测器,不能从冥王星周边持续不断地给我们发送回报丰厚的科学数据。为什么不能派一个探测器去环绕冥王星展开探测呢?原因很多,其中之一便是火箭运力有限。

新视野号重达478千克,由联合发射同盟的阿特拉斯V型火箭发射升空——这款火箭只能将不到1000千克的载荷发送到冥王星。因此,新视野号无法携带足够多的燃料在抵达冥王星时用来减速,也就不可能被冥王星俘获入轨,只能像现在这样从冥王星身旁高速掠过。重型猎鹰火箭突破了这一限制。

www.2492777.com 5新视野号探测器由阿特拉斯V型火箭发射升空。图片来源:维基百科

重型猎鹰能够将重达3500千克的航天器送到冥王星。就算我们假设,不对新视野号探测器本身作太大的改动,它也有足够的空间能够携带额外的燃料,用于抵达冥王星后的俘获入轨。

利用重型猎鹰发射哪怕一个稍加改进的新视野号轨道器,也将给我们带来更高分辨率的影像,能够多次近距离掠过冥王星的多颗卫星,并且监测这颗矮行星的长期变化,甚至带来全新的认识。

重型猎鹰还能发射探测器飞掠下一颗矮行星——阋神星(Eris),它到太阳的距离是冥王星的两倍。

编译来源 喷气推进实验室官网,NASA Pluto-Bound Spacecraft Crosses Neptune's Orbit

结论

重型猎鹰火箭划算的发射费用,外加更快速抵达外太阳系的能力,将显著地改变我们在太空探索领域的行事方式。科学探索会成为大赢家!

很兴奋能够看到重型火箭重回航天市场。对于我们这些太空nerd来说,这真是个令人激动的时刻。(编辑:Steed

新视野号科学团队中有几位资深成员,1989年时参与过旅行者号的科学团队。许多人还记得,旅行者2号靠近海王星以及它那颗大到堪比行星的卫星海卫一(Triton)时,拍回的那些照片如何提升了人们对随之而来的发现狂潮的期许。如今,随着新视野号开始靠近冥王星,他们的心情也越来越激动,就像当年一样。

  1. 重型猎鹰(SpaceX),63800千克
  2. 德尔塔Ⅳ重型(联合发射同盟),28790千克
  3. 长征五号(中国),25000千克
  4. 猎鹰9号全推力版(SpaceX),22800千克

www.2492777.com 6“新视野号”探测器飞越了海王星轨道,距离它的目标——冥王星还有不到1年的航程。图片来源:NASA

更轻更快

让我们有能力往天王星、海王星和冥王星发射轨道探测器,并不是重型猎鹰的出现所带来的唯一好处。重型猎鹰不只能够发射更重的载荷,还能把更轻的载荷(比如大多数行星轨道器)发射到非常非常快的速度。如此一来,抵达太阳系外围那些行星所需的时间,就有可能缩短到5-8年,而非使用其他现有火箭所要花费的10-14年。

美国航空航天局(NASA)的冥王星探测器“新视野号”(New Horizons)已经飞越了海王星的轨道。这是它在途中飞越的最后一座里程碑。它将继续前往冥王星,并于2015年7月14日近距离飞掠那颗遥远的星球,成为首个近距离飞临冥王星的人造物品。

环绕冰质巨行星——天王星和海王星

我们发射过环绕木星和土星这两颗气态巨行星的轨道探测器,而对于天王星和海王星这两颗冰质巨行星,却只发射过飞掠探测器。这个事实实在让人有一些灰心。对于这两颗冰质巨行星,还有太多的事情有待我们去了解。

天王星诡异的倾角和翻转的磁场,只是围绕在这颗行星周边诸多谜团中的一部分。

海王星也有诸多谜团,比如不完整的光环结构和令人惊讶的超强风暴。还有它最大的卫星——海卫一(Triton),正从它的冰火山喷射着含冰物质。

www.2492777.com 7海王星上出现过令人惊讶的超级风暴。这张照片是旅行者2号在1989年拍摄的,这是迄今唯一一次近距离飞掠这颗行星。图片来源:维基百科

就像冥王星一样,重型猎鹰有能力发射轨道器前往天王星和海王星,对太阳系最外围的这两颗行星展开周密的研究。与冥王星相比,它们距离太阳还要更近一些,这意味着这些轨道器能够用相同的代价携带更高性能的设备。

研究天王星和海王星这样的冰质巨行星,意义不仅止于了解它们以及它们在太阳系里的角色。看看迄今我们发现的太阳系外行星的类型,你就会留意到,银河系里最常见的行星类型正是所谓的“迷你海王星”这一类。因此,更好地了解天王星和海王星,是我们了解银河系里最主要行星如何形成及演化的关键。而重型猎鹰让我们刚好能够做到这一点。

www.2492777.com 8这张图显示了截至2016年5月10日,已知太阳系外行星按不同大小的统计数据。比天王星和海王星略小一些的所谓“迷你海王星”,是其中数量最多的一类行星。图片来源:维基百科

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