微型卫星:一场即将到来的太空革命 但又是一把双刃剑

Connor Feng

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立方体卫星目前是标准的微型卫星,但一些航天器设计师正在尝试设计更小的卫星。来源:美国国家航空航天局

太空飞行喜欢的大火箭和小的技术,但当技术变得足够小时,它的作用可能会与传统卫星和航天器大不相同。

而这个临界点可能并不遥远,工程师们已经发射了直径仅1.3英寸(3.5厘米)的微型卫星。有了这些微型卫星,就有了大量生产它们的潜在机会,这样就可以把一个大型设备变成许多更小、更便宜的设备。

Peter Klupar是Breakthrough Starshot的工程主管,他认为人们可以将信用卡大小的卫星以非常快的速度发送到邻近的太阳系:“现在这些东西都是玩具,但如果人们决定钻研的话,我们确实可以把它们变成工具——只不过这个过程确实需要努力,我们需要做很多工作,才能让它们达到可靠程度,达到它们真正有价值的技术水平。”但他说,Breakthrough研究所对研究这些微型卫星感到很兴奋,他希望未来有越来越多的公司参与这项工作。

其主要的吸引力显而易见:价格低,数量大。从地球到太空所需燃料的成本一直是设计师的负担,而这些微型卫星足够小——如果你可以将你的技术缩小到足够小以适合搭载在卫星上的话——它们到达轨道不需要那么多燃料。

高数量伴随着低价格,这意味着思维方式也从单个卫星转向了数量很多的卫星群:如果一个功能由一个卫星网络执行,那么其中任何一个设备都不再是至关重要。不同于那些更大、更昂贵、更不可替代的单个航天器,这是一种非常不同的思考太空目标的方式,。

尽管到目前为止这些微型卫星仍然离地球很近,但Klupar预计它们未来将可以到更远的地方执行任务。Klupar说:“如果你想去探索木星或土星这样的地方,那么开发并使用小型、低重量的工具(不管它们是单独的还是成群结队),我认为都能有所帮助。我非常希望能够把这些小型的飞行器送到系外行星或者金星这些系内行星。”

不过至少在地球附近,这些微型卫星既带来了机遇,也带来了威胁。Klupar说,随着卫星的缩小,卫星和太空垃圾之间的界限越来越模糊。太空垃圾(前卫星的残骸)已经是一个严重的问题,因为太空中的任何东西如果撞上一颗工作的卫星,都会造成损害。而随着人类向太空发射越来越多的卫星,垃圾已经成为越来越严重的问题。

这就是为什么太空垃圾和卫星都正在被雷达跟踪,以便提醒卫星所有者潜在的碰撞并避免这些威胁。但是现在,这些雷达系统并不能看到小于4英寸(10厘米)的物体——这意味着微型卫星可以在不被发现的情况下运行,同时也有可能在没有警告的情况下撞上其他卫星。

“如果我们开始发射比雷达探测能力还小的东西,那我们就会遇到问题,”Klupar 说,“这些小芯片已经小到几乎看不见了,而且由于它们成群结队的特性,你自然会想要有很多这样的芯片在太空。”这意味着可能会发生许多潜在的碰撞——尽管这些成群结队地微型卫星能够承受一些损失,但如果它们撞上的是卫星的话,那些卫星可能就没那么幸运了。

太空垃圾最棘手的挑战是它会成倍增长——碰撞会把物体分裂成更小但仍然非常危险的物体。如果卫星失控,整个轨道范围就会失去作用。为了缓解这一问题,人们一直在讨论将小型卫星限制在空间较低的地方,因为那里没有那么拥挤。这种方法还将利用大气层有可能将卫星拉出轨道的优势。另一种可能的缓解策略是在卫星上安装天线,使卫星变得可以识别。

微型卫星不仅会重新定义太空飞行的机遇和威胁,它们的低价格也会重新洗牌太空玩家群体。“像不丹这样的国家,或者随便哪个国家,如果他们想要发射自己的微型卫星的话,我不会感到惊讶,这当然可以用非常有限的预算实现。”Klupar说,“虽然这和大甩卖不一样,但也差不多了。”

对于Klupar来说,这可能是一个非常有前景的发展。“我们需要很多人来思考空间问题,解决空间问题,”Klupar说,“我认为微型卫星正在使这个变为可能。”

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