小行星、望远镜、月球站:中国航天“很忙”
2022-03-11 16:42

小行星、望远镜、月球站:中国航天“很忙”

中国计划在未来五年里发射一个小行星探测器和两个月球探测器。本文来自微信公众号:Nature Portfolio (ID:nature-portfolio),作者:Elizabeth Gibney,头图来自:视觉中国


近年来,中国航天事业迎来了大丰收,但它未来的蓝图将更加宏伟。日前,中国国家航天局发布了未来五年的规划,包括发射一颗小行星探测器,建设比肩“哈勃”的空间望远镜,为部署空间引力波探测卫星打好基础。


上述任务详细列入了今年1月发布的《2021中国的航天》白皮书中。中国科学院高能物理研究所天文学家张双南介绍,白皮书延续了之前的理念,即重点发展以科学探索为核心的任务,而不是以技术开发和应用为核心的任务。张双南表示,“这是个可喜的信号,说明对宇宙探索的投入会继续增长。”


《自然》关注了白皮书中最艰巨的五项任务。


造访小行星


中国计划发射小行星探测器,完成近地小行星采样,并研究轨道与小行星类似的冰质彗星。该探测器可能以明朝探险家郑和命名为“郑和号”,将开启中国造访小行星的序幕,最早或于2024年发射。“郑和号”是继日本“隼鸟号”小行星探测器系列、美国航天局(NASA)“奥西里斯-Rex号”之后的又一个小行星探测器。“奥西里斯-Rex号”拟在明年将太空岩石样本返回地球(相关阅读:在小行星贝努可能撞击地球之前,美国宇航局决定先“下手”



“郑和号”的飞行寿命预计为十年,第一着陆点是一颗名为HO3(又名Kamo‘oalewa)的小行星,这是一颗绕地旋转的准卫星(见上图)。科学家希望能从这颗小行星身上了解早期太阳系的情况。


《自然-天文学》(Nature Astronomy)去年发表的一篇correspondence文章[1]介绍,“郑和号”会先登陆HO3,再进行采样。“郑和号”将于2026年返回地球轨道,由降落伞将样本带回地面。随后,“郑和号”会借助地球和火星周围的引力弹弓效应,向深空彗星311P/PANSTARRS进发。


建设月球站


继成功采回上世纪70年代以来的第一份月球样本后(相关阅读:嫦娥五号带回家的样品改写月球历史,中国再接再厉,又在2021年12月批准了另外三项探月任务,目标均为月球南极,那里也是中国计划建设月球科研站的地点。


拟定于2024年发射的“嫦娥七号”将详细探测月球南极,具体工作包括绘制阴影坑的冰盖分布图。“嫦娥六号”也将紧随其后,计划采返极区月壤样本。月球冰盖是一片宝藏,科学家能用它研究月球历史,勘探专家则希望它能成为火箭燃料,并为月球站供能。


“嫦娥八号”的关键技术攻关也蓄势待发,但预期发射时间要到2030年。载人国际月球科研站是中国探月工程2025年后的重点任务。在发布白皮书的新闻发布会上,国家航天局副局长吴艳华介绍,中俄两国有望今年签署联合建设月球科研站的政府间协定。但吴艳华强调,月球站将向所有国家开放。


吴艳华还表示,中国希望在探月工程、天宫空间站(在建)、行星探测等方面拓展和深化国际合作。


从火星到深空


“天问一号”环绕器的发射是中国在行星际探测领域的首秀;2021年5月,“天问一号”向火星投放了载有“祝融号”火星车的着陆器。白皮书指出,中国将完成火星采样返回技术攻关。相关探测器或于2028年发射。


(NASA的“毅力号”火星车在2021年采集了首批火星岩石样本,并计划在2026年与欧空局合作开展的任务中将样本取回。相关阅读:好耶!NASA毅力号成功取到第一块火星岩芯敲敲,你有个火星来的快递(十年后到)


白皮书还列出了中国逐步向太阳系进军的规划。未来五年间,中国将完成关键技术攻关,发射木星系探测器,探索木星及其存在海洋的卫星系统。据媒体报道,木星探测器最早或于2029年发射——也就是说,届时中国的探测器将加入欧空局“冰质木卫探测器”(JUICE,预计2023年发射)和NASA“木卫二快船探测器” (Europa Clipper,预计2024年发射)的探测队伍。张双南表示:“深空当然是中国认为能获得很多科学突破的另一个领域。”


“巡天”空间望远镜:又一个“哈勃”


中国还计划架设“巡天”空间望远镜,其成像波长为紫外线、可见光和红外线,与NASA的“哈勃”空间望远镜相同。


“巡天”略小于“哈勃”,像素也比“哈勃”低一些,但其视场(图像采集的天区面积)是“哈勃”的300倍。参与“巡天”项目的詹虎介绍,由于视场更大了,“巡天”探索的宇宙范围将比“哈勃”广得多。


“巡天”投入使用后,前十年的主要工作是大范围巡视天区,了解宇宙的历史和演化。“巡天”将定期与天宫空间站对接,进行燃料补充和设施维护。詹虎介绍,“巡天”团队计划于2023年底完成交付,2024年完成发射准备。他说:“目前的工作进度很紧张。”


探测空间引力波


中国还将继续发展太极计划,预计在2030年后完成架设空间引力波探测星组。若能如期完成,这将成为首个空间引力波探测星组。比起高新激光干涉仪引力波天文台(Advanced LIGO)等地基探测器,这类空间探测装置能探测到频率更低的引力波,进而发现质量更大的黑洞,包括宇宙早期形成的黑洞。


然而,整个实验非常复杂:捕捉时空中的涟漪,相当于要在两两相距300万千米,排成三角形的三个航天器之间,感知到百亿分之一米的变动。


2019年,首颗实验卫星“太极一号”圆满完成了任务;目前,研究人员计划于2024~2025年执行一次双星任务,验证多项核心精度技术。中国科学院大学物理学家吴岳良介绍,该任务将为太极计划的最终实现扫除所有技术障碍。


欧空局自主运行的引力波观测台——空间激光干涉仪(LISA)已经酝酿许久,且已成功发射一颗探路者卫星,但LISA正式就位的时间不会早于2037年。LISA任务的研究人员表示,太极计划和LISA可以一起用于测量哈勃常数(描述宇宙膨胀的常数),其精度将远超地基探测器。


参考文献:1. Zhang, T. et al. Nature Astron. 5, 730–731 (2021).

原文以Asteroids, Hubble rival, and Moon base: China sets out space agenda为标题发表在2022年2月18日《自然》的新闻版块上,© nature,doi: 10.1038/d41586-022-00439-2


本文来自微信公众号:Nature Portfolio (ID:nature-portfolio),作者:Elizabeth Gibney

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