中国科学家已提出木星探测计划 报告内容曝光

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“点燃木星拯救地球”?不,木星探测才是正经

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资料图:“伽利略”号木星探测器

The Wandering Earth 图为国产科幻大片《流浪地球(The Wandering
Earth)》中展现的行星发动机。(拖拽保存图片可查看大图)

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  原标题:我国科学家已提出木星探测计划

(科技日报3月8日报道)电影《流浪地球(The Wandering Earth**)》中,木星曾为试图逃离太阳系的地球制造了大麻烦。**地球本想借助木星引力加速逃亡,但差点被其巨大引力撕碎。最后主人公牺牲自己,点燃木星,让地球继续向着太阳系外流浪。

木卫二着陆器示意图

  北京时间7月5日中午,经历了5年飞行的“朱诺”号木星探测器进入木星轨道,开展人类历史上对木星最深入的观测。

在现实中,这颗巨大的星球,对人类也同样有着非凡的吸引力。只是,飞向它的专用探测器,都和电影中的地球一样,命途多舛。全国政协委员、北京航空航天大学宇航学院教授徐世杰3月6日接受科技日报记者采访时说,在我国有待开展的深空探测项目中,木星探测才应该是重点。

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  “探测器入轨后,要看它在轨运行期间能否经受强辐射考验,按计划完成20个月的工作。”航天专家、《国际太空》杂志社执行总编庞之浩在接受科技日报采访时说。

阿波罗登月计划,启动于上世纪60年代;美国的火星巡游探测器,发射于上世纪90年代。但对木星的探险之旅,美国也只进行了两次。“国家开展重大项目,要考虑三方面因素,一是科学目标,二是对技术的牵引作用,三是经济效益或社会效益。”徐世杰说,月球探测和火星探测还是在走前人走过的路,但是木星探测,则几乎和其他国家站在同一起跑线上。“木星探测对上述三方面都有重要意义。”

“朱诺”号木星探测器艺术效果图

  近年来,火星探测成为各国航天活动的热门主题,而对木星的探测,最近也得追溯到2007年新地平线号探测器的一次飞掠。

探索木星,可以寻找地外生命。木星的卫星木卫二被认为最可能有生命存在——其表面有巨大冰层,冰层之下,有液态水。新萄京娱乐场下载,徐世杰打了个比方——在火星上找生命,属于“考古”,找的是生命存在过的痕迹;但在木卫二上,一切是现在进行时,“科学意义重大”。

图片来源:美国国家航空航天局

  那么,木星探测与火星探测有哪些不同?“朱诺”号与她的“前任”“伽利略”号的使命有什么区别?我国在木星探测方面有何计划?

而要想顺利探测木星,有两大技术难关必须闯。

电影《流浪地球》中,木星曾为试图逃离太阳系的地球制造了大麻烦。地球本想借助木星引力加速逃亡,但差点被其巨大引力撕碎。最后主人公牺牲自己,点燃木星,让地球继续向着太阳系外流浪。

  庞之浩介绍,火星与木星有很大不同。在距离上,火星距地球最近约5500万公里,最远超过4亿公里;木星距地球更远,达到6.4亿至9.3亿公里。

“防辐射技术是木星探测尤其是木卫二探测的难点。”徐世杰说,木星辐射带半径达70万公里,木卫二的轨道完全在木星的辐射带内,探测器离木星稍近,就会遭受它的超强辐射轰炸。

在现实中,这颗巨大的星球,对人类也同样有着非凡的吸引力。只是,飞向它的专用探测器,都和电影中的地球一样,命途多舛。

  同时他介绍,火星是岩石星球,只有两颗卫星;木星是气态行星,是太阳系内形成的首颗行星,成分跟太阳及其相似,而且其已被发现的卫星达到68颗,因而被比作“小太阳系”。“对木星进行探测,有助于加深对太阳系的了解。”他说。

美国国家航空航天局第一个探测木星的航天器是“伽利略”(Galileo)号,发射于1989年,“因为辐射出了20多处故障”;“朱诺”(Juno)号木星探测器于2011年升空,飞行4年11个月后进入木星轨道。徐世杰介绍,尽管“朱诺”号带有用150公斤钛做成的防辐射盔甲,但保护作用依然有限,不得不选择比较高的轨道,并使轨道尽量接近辐射较少的极区。

全国政协委员、北京航空航天大学宇航学院教授徐世杰3月6日接受科技日报记者采访时说,在我国有待开展的深空探测项目中,木星探测才应该是重点。

  “朱诺”项目首席科学家斯科特·博尔顿认为,了解木星有助于进一步了解所有星体,可以追溯太阳系历史的源头,了解什么促成了行星的生成,为什么行星的成分和太阳有区别等。

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阿波罗登月计划,启动于上世纪60年代;美国的火星巡游探测器,发射于上世纪90年代。但对木星的探险之旅,美国也只进行了两次。“国家开展重大项目,要考虑三方面因素,一是科学目标,二是对技术的牵引作用,三是经济效益或社会效益。”徐世杰说,月球探测和火星探测还是在走前人走过的路,但是木星探测,则几乎和其他国家站在同一起跑线上。“木星探测对上述三方面都有重要意义。”

  20世纪70年代,人类就开始探测木星,已发射先驱者10号、11号,旅行者1号、2号等8个探测器。但庞之浩表示,其中大部分只是“路过”木星,顺便获取图像和数据。

探索木星,可以寻找地外生命。木星的卫星木卫二被认为最可能有生命存在——其表面有巨大冰层,冰层之下,有液态水。

  首个用于专门探测木星、帮助人们深入了解木星的,是1989年发射的“伽利略”号木星探测器。它于1995年12月抵达木星环绕轨道,对木星大气开展了近8年的研究,最终坠入木星大气层焚毁。由于还肩负着探测木星卫星的使命,同时出于对木星辐射的忌惮,伽利略号的轨道很高,距离木星约20万公里。

徐世杰打了个比方——在火星上找生命,属于“考古”,找的是生命存在过的痕迹;但在木卫二上,一切是现在进行时,“科学意义重大”。

  庞之浩介绍,“朱诺”号与“伽利略”号的任务颇有不同。

而要想顺利探测木星,有两大技术难关必须闯。

  在轨道设计上,“朱诺”号为了近距离探测木星,精心选择了一条可以避开强辐射区域的椭圆形极地轨道,最近离木星云层不到5000公里,远木点高度约为1.88万公里。在如此近的距离下,“朱诺”号的核心任务之一是要探测木星内部,看木星究竟全部由气体构成,还是拥有被大气包裹的核心。此外还要对木星的大气、磁场、引力等进行探测。

“防辐射技术是木星探测尤其是木卫二探测的难点。”徐世杰说,木星辐射带半径达70万公里,木卫二的轨道完全在木星的辐射带内,探测器离木星稍近,就会遭受它的超强辐射轰炸。美国国家航空航天局第一个探测木星的航天器是“伽利略”号,发射于1989年,“因为辐射出了20多处故障”;“朱诺”号木星探测器于2011年升空,飞行4年11个月后进入木星轨道。徐世杰介绍,尽管“朱诺”号带有用150公斤钛做成的防辐射盔甲,但保护作用依然有限,不得不选择比较高的轨道,并使轨道尽量接近辐射较少的极区。

  除了用轨道躲避辐射,“朱诺”号还采用了钛合金防辐射屏蔽装置。该装置大小相当于一辆SUV,如同一件盔甲,将“朱诺”号的中央控制系统、数据处理设备等20个重要的电子设备严严实实的罩在里面,使其免受辐射影响。

第二个要攻克的技术难题,是能源。

  此外庞之浩表示,在过去所有距离远于火星的探测任务中,探测器都采用了核电源,而“朱诺”号仍使用了太阳能,主要原因是要降低成本、缩短研制周期,同时也为了更加环保。因为按照计划,“朱诺”号围绕木星运行20个月以后将撞向木星,如果用核能,有可能对蕴藏生命的木星卫星造成污染。

经过漫长旅途,穿越小行星带到达木星附近之后,探测器能接收到的太阳能功率仅为地球附近的1/25。如果不想让探测器携带巨大的太阳能帆板,就要用到核能。在放射性同位素热电发生器中,放射性材料衰变释放热能,热能再被转换为电能。“现在用得最多的燃料是钚-238。但钚在自然界中储量并不多,美国的钚-238库存也日渐减少,越发捉襟见肘。”徐世杰说,美国正在研发可替代的新能源材料。相比之下,我国的深空探测器并不多,短期内还不会“缺粮”,但这种理想燃料迟早会耗尽。“如果不积极研发新能源,将来可能会很被动。”

  尽管木星距地球很远,但庞之浩认为在测控方面无需担心。他说,美国在本土、澳大利亚和欧洲分别建设了深空测控站,无论地球转到哪个方向,都能完成对探测器的测控。“美国现在还能测控旅行者一号探测器,它跟地球的距离达190亿公里。”他说。

美国的探索还在推进。2023年,其将发射“欧罗巴快船”,在轨道上对木卫二进行探测,并获取木卫二喷射的羽流样品;2025年左右,美国将发射木卫二着陆器,这项计划已于今年得到1.95亿美元的概念研究经费。

  鉴于探测木星意义重大,我国科学家在已经出版的《2016—2030年空间科学规划研究报告》中,也提出了木星系统探测计划。

我国的木星探测计划已在关键技术攻关阶段。航天专家庞之浩此前接受科技日报记者采访时曾介绍,我国科学家从长远考虑,已经提出了“木星系统探测”计划建议,主要将研究木星磁层结构、木卫二大气模型、木卫二表面冰层形貌及厚度、金星—地球—木星间的太阳风结构,以及地球生命的地外生存状态及其演变特性等。“希望时机成熟后,这项计划能早日实施。”庞之浩说。

  记者了解到,该计划的基本科学目标包括研究木星磁层结构,木卫二大气模型,木卫二表面冰层形貌及厚度,金星、地球、木星间的太阳风结构。

  同时计划中还提出对地球生命的地外生存状态及演变特性进行研究,指出要开展木星系统探测器在行星际飞行期间,以及木星系统探测期间的微型遥测遥控生物试验,观测并研究地球生命在不同空间段的生命状态、适应性反应及变化过程。

  “希望在时机成熟后,这项计划能早日实施。”庞之浩说。

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