向著更遠(yuǎn)的深空邁進(jìn)

□ 楊宇光

向著更遠(yuǎn)的深空邁進(jìn)

□ 楊宇光

40年前即1977年9月5日發(fā)射的旅行者1號(hào)深空探測(cè)器，已經(jīng)成為目前飛行最遠(yuǎn)的人造物體。美國(guó)宇航局認(rèn)為它已經(jīng)進(jìn)入了恒星際空間。截至2017年6月1日，它與太陽(yáng)的距離已經(jīng)達(dá)到208億千米。

近年來，人類在深空探測(cè)和空間天文學(xué)領(lǐng)域取得了越來越多的重大成果。這些成果不但極大地吸引了公眾的目光，更使人類對(duì)我們所存在的宇宙、太陽(yáng)系有了更加深入的了解，讓我們能夠更好地知曉過去曾經(jīng)的歷史，更加準(zhǔn)確地把握明天的發(fā)展。

從航天時(shí)代的早期開始，天文學(xué)與空間技術(shù)就產(chǎn)生了密不可分的關(guān)聯(lián)。航天活動(dòng)賴以進(jìn)行的時(shí)間基準(zhǔn)、空間姿態(tài)基準(zhǔn)等的建立，得益于早期天文學(xué)家對(duì)宇宙和地球自轉(zhuǎn)規(guī)律的觀察。從大航海時(shí)代開始，直到如今的太空時(shí)代，無論是航船還是太空飛行器，都要依靠天文學(xué)家確定的精確恒星星歷來獲知自己的位置或準(zhǔn)確的姿態(tài)。

航天技術(shù)開始起步的階段，就與天文學(xué)產(chǎn)生了相輔相成的促進(jìn)關(guān)系。1957年蘇聯(lián)把第一顆人造衛(wèi)星送入地球軌道之后，馬上就開始了探索月球之旅。盡管第一次撞月的嘗試未能成功，只是從月球旁邊飛掠而過，但也獲得了靠單純的天文觀測(cè)無法獲知的重要參數(shù)。隨著美國(guó)和蘇聯(lián)太空競(jìng)賽的不斷深入，不但載人航天技術(shù)突飛猛進(jìn)，在月球、水星、金星和火星的探測(cè)中也不斷獲得大量的研究成果。其中非常重要的就是獲得了這些天體的精確運(yùn)動(dòng)參數(shù)和物理參數(shù)，使得人類獲得了比以往單純靠地面天文觀測(cè)更加精確的行星軌道預(yù)報(bào)，同時(shí)還獲得了這些天體的詳細(xì)表面圖像，從而使天文學(xué)的研究也因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步獲得了脫胎換骨的飛躍。

冷戰(zhàn)結(jié)束以來，深空探測(cè)和太空天文觀測(cè)的步伐向著更加實(shí)用、更加高效的方向發(fā)展。無論是口徑巨大的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、環(huán)繞金星的麥哲倫探測(cè)器、考察木星的伽利略探測(cè)器，還是考察土星/土衛(wèi)六的卡西尼-惠更斯探測(cè)器，考察太陽(yáng)極地區(qū)域的尤利西斯探測(cè)器等，都在單次探測(cè)任務(wù)中獲得了海量的探測(cè)成果，一次任務(wù)積累的數(shù)據(jù)量甚至比大型圖書館的藏書量都要大。這些持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量高的空間探索活動(dòng)，盡管都是投入高達(dá)十億美元以上的龐大任務(wù)，但考慮到這些豐碩的成果，的確是非?！俺怠钡摹?/p>

隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用航天技術(shù)進(jìn)行深空探測(cè)活動(dòng)的步伐越來越快，效率也越來越高。其中，電推進(jìn)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用給深空探測(cè)器插上了翅膀。由于離子推進(jìn)器的比沖比化學(xué)燃料火箭高出數(shù)倍，因此在完成相同探測(cè)任務(wù)時(shí)所需要的探測(cè)器尺寸和質(zhì)量變得比以往更小。從美國(guó)的“深空一號(hào)”，到歐空局的“靈巧一號(hào)”，再到后來的“黎明號(hào)”，都得益于電推進(jìn)技術(shù)的實(shí)用。另外，利用行星引力的借力飛行技術(shù)也越來越成熟。在探索外太陽(yáng)系的行星時(shí)，探測(cè)器往往不是直接向外發(fā)射，而是先向太陽(yáng)系內(nèi)側(cè)的金星發(fā)射，利用探測(cè)器掠過金星、地球等的過程實(shí)現(xiàn)加速，這樣能夠省不少燃料。此外，電子技術(shù)的發(fā)展也使得深空探測(cè)器的功能今非昔比，今天的深空探測(cè)器所使用的電子元件比過去更加強(qiáng)大，尺寸、質(zhì)量和功耗也比過去更小，圖像壓縮等方面的技術(shù)也使得探測(cè)數(shù)據(jù)能夠以更高的碼速率、更高的效率傳回地球。

由于深空探測(cè)活動(dòng)無法產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，我們可以預(yù)見，未來一段時(shí)間的深空探測(cè)活動(dòng)將比過去更加注重效費(fèi)比。類似于電推進(jìn)這樣可以大大縮小探測(cè)器規(guī)模的新技術(shù)將得到更廣闊的應(yīng)用。另一方面，隨著美國(guó)等國(guó)家以載人登陸火星為終極目的的科研投入，會(huì)出現(xiàn)類似SLS-1這樣運(yùn)載能力達(dá)百噸以上的重型運(yùn)載器，也有可能出現(xiàn)達(dá)到兆瓦級(jí)以上輸出功率的空間核反應(yīng)堆和以此為基礎(chǔ)的大推力核熱推進(jìn)系統(tǒng)或核電推進(jìn)系統(tǒng)。雖然這樣的系統(tǒng)耗資都非常巨大，但的確也為人類提供了新的選擇與技術(shù)手段，有可能進(jìn)行更大規(guī)模的深空探測(cè)。我們期待著未來能夠有口徑比“哈勃”大數(shù)倍的超級(jí)天文望遠(yuǎn)鏡出現(xiàn)在太空，也期待著比“好奇號(hào)”更大、攜帶更多科學(xué)考察儀器的探測(cè)器能夠在火星表面巡視，以及更多的探測(cè)器像日本的“隼鳥號(hào)”那樣能夠把小行星、彗星甚至大行星表面的樣本送回地球供我們研究。所有這些，將為人類加深對(duì)宇宙和太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)帶來更大的飛躍，為人類的文明與進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。★