為了探測小行星上的鑽石,這些高校決定眾籌一個微納衛星
2020年10月31日16:18

原標題:為了探測小行星上的鑽石,這些高校決定眾籌一個微納衛星

原創 於曉洲 我是科學家iScientist 收錄於話題#我是科學家 · 演講合集96個

隨著電子技術越來越強,我們可以把衛星做得越來越小,功能越來越強。現在很多微納衛星的功能,實際上和以前大衛星的功能也差不多了。

我以前做的衛星都是圍繞著近地軌道做一些科學任務,後來我想,能不能做點更好玩的。比如——觀測系外行星,探測充滿貴金屬的小行星。

2020年8月22日,“我是科學家”第24期演講現場,大連理工大學航天航空學院教授於曉洲,帶來演講:《用微納衛星探索深空,我想知道超級地球離人類有多遠》。

於曉洲演講視頻:

以下為於曉洲演講實錄:

大家好,我是來自大連理工大學的於曉洲。

近10年來,我一直從事微納衛星的研究。這10年做了很多有意思的事情,首先做了一些近地軌道的衛星,來做科學實驗。未來我希望做一些更有意思的項目,比如找超級地球。

找超級地球有很多辦法,傳統的辦法是發衛星。不過傳統衛星有缺點——又大又重又貴。舉個例子,2018年發射了一顆叫BEPICOLOMBO的衛星去看水星,研製了20多年,花了30多億歐元,有4噸重。

一直髮這麼大的衛星,我們壓力很大。那怎麼辦?

可以做一些小號的衛星去探測,所以我現在的研究方向,就是用這種微納衛星做探測。

什麼是微納衛星?

1公斤到100公斤的衛星,我們可以稱它為“微納衛星”。這種衛星的好處是:輕、小、成本低、研製週期短。

隨著電子技術越來越強,我們可以把衛星做得越來越小,功能越來越強。現在很多微納衛星的功能,實際上和以前大衛星的功能也差不多了。10年前的大衛星,可能有些功能還不如我們現在這種小衛星。

比如說“鴿群衛星”,它的特點是數量多。在地球的近地軌道幾百公里軌道上,有100多顆, 在不停地拍照。

和大衛星比,它拍得照片不是很清楚。但是沒關係,因為不是所有的應用都需要特別清晰的照片。相比缺點,鴿群衛星的優點更明顯——它能不停地拍,讓你看到實時照片。比如說,它可以每天都更新,或者半天更新一次。大衛星不行,有時大衛星的照片要幾週,甚至上月才能更新一次。

第二顆衛星是我好朋友美國的Jordi教授做的,NanoACE這個立方星項目。這個衛星就像小朋友的鞋盒那麼大,也不重,5公斤2顆。

它可以做交會對接:一開始在天上飛得好好的,突然能交會起來,還能再分開。對於做衛星來說,尤其是這麼小的衛星,技術上很有難度。

第三顆衛星也很有意思,它不大,也就女士靴子的鞋盒那麼大。但它能看颱風、進行天氣觀測,相當於一個小雷達。也就10來公斤的一個小雷達在天上飛,精度很高。

微納衛星現在全球熱度很高,每年全世界有上百個這樣的衛星發射。歐空局還做了一個未來立方星的圖譜,有觀測地球的、有觀測月球的、有觀測小行星的。

這種立方星最大的好處是成本很低,而且它可以平台互換:這個衛星上的部件可以放到另一個衛星上,大家可以通用,多便宜。

我以前做的衛星都是圍繞著近地軌道做一些科學任務,後來我想,能不能做點更好玩的。

機緣巧合,去年我碰到了一個朋友,他在列日空間中心工作,當時他們在做系外行星觀測。後來他到西安出差的時候,我倆吃了一頓飯,產生了一個想法——我們一塊來做能觀測系外行星的衛星吧。

什麼是系外行星?

其實太陽系以外的行星就叫“系外行星”。90年代人們都認為有系外行星,但是沒有發現過。後來兩位瑞士科學家發現了系外行星。24年後,這兩個瑞士科學家,因為發現了第一顆系外行星飛馬座51b,獲得了諾貝爾獎。

但這個系外行星非常不適合我們居住,溫度1000度,一般生物肯定生活不了。

那麼,我們能不能找一些適合人類居住的呢?

人類不可能永遠呆在地球上,一定會往深空去。那往深空去,總得找一個適合居住的地方,不可能一直生活在飛船上。

恒星生活環境太惡劣,宜居的星球只能是行星,因此找適合人類居住的系外行星很重要。

以前人們看系外行星的方法比較簡單,都是間接法。

為什麼不直接看?

很簡單:恒星那麼亮,無法直接看到旁邊的行星。

而間接法,測量的是行星經過恒星時,恒星的光線的變化。因為行星經過時,會遮住一部分恒星的光,所以人類就根據光變暗的程度來研究,經過的行星有多大。

但是,大部分系外行星不適合用這種方法觀測,後來我們就想有沒有更好的觀測方法。

當時,我們選擇了比鄰星b作為觀測對象。第一是因為它離我們近,光只要走4年多就到了。第二,比鄰星b距離它的恒星,只有700萬公里,這個距離很合適——距離恒星太近就熱死了,距離恒星太遠了又會非常冷。

研究對像有了,總得有好的研究方法。Jérôme教授他們擅長做深空觀測的科學儀器,提出了一個很有意思的方法:做兩個光學系統,光照進來之後,經過數字處理來得到行星的信息。

方法說起來很簡單,其實真的好複雜,但是幸好地面已經驗證過了,我們希望用微納衛星,看看這個方法在天上可不可行。

這顆星有很多難點,舉個例子,這個星要求長度儘可能長。我們知道火箭的體積是有限的,如果衛星特別長,就不方便往火箭里裝了。後來我們提出解決方案:做一個會變形的衛星,有點像變形金剛。

除了系外行星,我們還在做一些很有意思的事兒——我們希望將來能把衛星送到小行星附近。

小行星有什麼用?

以前大家聽小行星都說,小行星有生命起源,小行星可以研究太陽繫起源,小行星可以研究很多的天體物理等等。

最近大家又發現了一個新的熱點,小行星是個寶藏——上面有金有銀,有銅有鎳,有很多貴金屬。最近還有一個消息說,有的小行星上全是鑽石。

如果能拉一個小行星,到地球軌道來開採一下,那是非常棒的一件事。

但在這之前,還是要先探測小行星,看看上面到底有什麼。於是,就需要發射微納衛星。微納衛星雖然不大,但也很貴。光發射 1公斤衛星到近地軌道就得十幾萬人民幣。

那怎麼辦?

我們就幾個大學和研究機構合作,清華大學、武漢大學、北京理工大學、長光衛星、中科院等等。大家合作,有錢的出錢,沒錢的出人,大家一塊來攢一個衛星。

在做這些深空項目之前,我本人其實不做衛星。有一天晚上,我在來北京出差的路上,坐著綠皮車,忽然來了一個電話。

是我師兄,在國外大學,他問我:有個國際合作項目,用衛星探測大氣,你參加嗎?

我說,我參加。這才機緣巧合地參與了衛星的項目。

其實在上中學的時候,我很迷茫,自己不知道自己想幹啥。但是有一點我知道:我喜歡看《科幻世界》、《航空知識》、《航空航天》。

上大學後,我就選擇了西工大,因為西工大航空航天很好。但我沒想到,一上大學專業竟然是導彈的。我本科畢業設計、研究生、博士、副教授初期,全是在做導彈。

因為2010年的一個電話,才改變了我的人生,去做了衛星。

當時還是有選擇的:我可以接著做導彈,也可以做衛星。我又想了兩天,後來決定——就按自己本心吧,喜歡做什麼就做什麼。

於是才轉入了衛星行業。

所以我相信,只要你努力,只要你堅持,很多時候有些不可能的事情可以變成可能。

謝謝大家。

演講嘉賓於曉洲:《用微納衛星探索深空,我想知道超級地球離人類有多遠》 | 攝影:VPhoto

作者:於曉洲

監製:吳歐

策劃:白瑞雪、麥芽楊

編輯:範可鑫

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