动力推进设备助小飞船挣脱地球怀抱

“火星立方体一号”(MarCO)图像来源:美国航天局/JPL-加州理工学院

在过去的10年里，廉价的小卫星相继进入地球轨道，降低了从太空研究地球的成本。现在，这些宇宙飞船有足够的能力进入深空，或者至少在太阳系漫游。科学家们还为借助小型卫星进行低成本、高风险的星际科学研究提出了大胆的建议。

“行星圈肯定会‘兴奋’起来。”美国宇航局行星科学部门的负责人洛里·格雷在最近一次小型深空探测研讨会上说。今年早些时候，美国宇航局开始征集小型行星探测任务的提案，最高限额为5500万美元。Glaze说，12个团队已经提交了建议书，该机构计划在2019年2月选择几个入围者。

此外，欧洲也有一个小行星探测器计划。"我们现在看到了星际立方体卫星的潜力."欧洲航天局的立方体卫星技术项目经理罗杰·沃克说。

小型卫星可以由低成本部件组装而成，并由火箭发射。然而，确保星际飞行的关键系统，包括推进、通信和导航系统，传统上太重，不能装在“小包裹”里

然而，一个名为“MarCO Cube 1”的发射任务在5月份进行。两个小探测器与火星的“洞察”着陆器一起发射，打破了大小的诅咒。

它们由六颗标准的10厘米立方体卫星组成，这些卫星被设计成在“洞察”下降时为其提供交流继电器。

格雷说这将是先锋。“这些立方体卫星比以往飞得更远。他们已经展示了中继通信的能力。”她说。此外，一个扩大的无线电天线面板——体积是立方体卫星本身的三倍——可以利用立方体卫星有限的太阳能直接向地球传输少量数据。

MarCO还演示了一个由科罗拉多蓝峡谷技术公司开发的微型制导、导航和控制系统。公司研发主管丹·黑格尔说，这些技术可以帮助立方体卫星对空间科学产生吸引力。他说:“过去立方体卫星的能力是有限的，也没有力量去缩小设备。”该公司将感应轮、陀螺仪和追星仪的尺寸缩小到一个成本不到15万美元的系统，占据整整半个立方体。

但是推进是一个挥之不去的问题。小型飞船可能需要改变航向或减速进入轨道。尽管MarCO的推进系统只占其自身的一半，但它只能容纳在前往火星的途中微调其轨道所需的燃料。此外，它通过注射加压气体来推进，这是一种低效的方法。因此，立方体卫星在完成任务后将无助地掠过这颗红色星球。

地球轨道上的立方体卫星已经测试了太阳帆，一种可以从阳光中得到柔和推力的反射箔。其他开发商“押注”太阳能电力推进系统。

科罗拉多州的ExoTerra资源公司制造的一种装置可以利用太阳能电池板产生的电能，用电子束轰击氙“燃料”，产生带电等离子体，最终产生微弱的推力。ExoTerra的总裁迈克尔·范·沃尔库姆说，这种装置比冰球大不了多少，被称为霍尔推进器，比传统火箭能更有效地利用燃料。

相关推进技术的测试将于2019年底进行，届时美国宇航局的重型运载火箭——太空发射系统将负责其首次航行。它将携带13颗立方体卫星，其中许多将集中于月球研究。芭芭拉·科恩是其中一项任务“月球闪光”的首席研究员，她说几乎所有的立方体卫星都使用不同的推进技术。该项目通过向极地环形山的永久阴影区域发射激光来确认冰的存在。

此外，更好的推进有助于解决小卫星飞向行星时面临的另一个问题:缺少火箭。立方体卫星经常搭载“搭便车者”执行更大的任务，但是在低地球轨道之外可以搭载的项目很少。太阳能电力推进系统可以有所帮助。万沃尔库姆说，一颗装有霍尔推进器的小卫星将在几个月内从地球飞到月球。

科学家们也开始对“小包装”抱有很大的梦想。马里兰大学帕克分校的行星科学家蒂拉克·休加玛甚至想发射一颗小卫星来“拦截”彗星。大多数彗星绕着太阳转了很多次，它们曾经干净的表面已经风化了。但是几乎每年，天文学家都会发现一些第一次俯冲下来的恒星。

Hewagama说，到那时开发探测器来研究它们已经太晚了。然而，一颗停在稳定轨道上的小卫星可以及时观察到彗星的路线。(唐毅宸)

中国科学新闻(2018-09-13，第三版国际)