“蜻蜓”勇探“新大陆”靠的是什么?

如题所述

第1个回答  2022-07-14

近年来,随着技术的进步以及商业化应用的拓展,无人机在我们日常生活中出现的频率也越来越高。无人机甚至被大家称为 “会飞的照相机” ,是我们日常应用的普通消费品。然而大家可能想不到,人类会把 探索 地外天体这样的重大任务也交给无人机 。美国宇航局最近就做出了这个颇让人意外,又让大家觉得是情理之中的决定。

6月27日,美国宇航局宣布,确定 用蜻蜓无人机探测器开展对土卫六卫星的探测任务 。该项任务是在与凯撒彗星宇宙生物学探测采样返回任务的竞争中胜出,才成为美国宇航局“新边疆”中级行星科学任务系列的一项任务。

蜻蜓无人机探测器是由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室提出,设计体长约3米,大小与一辆好奇号火星探测车差不多,四角各有一对长达1米的共轴螺旋桨,共装有8个旋翼,构成一架四轴旋翼机。

蜻蜓无人机探测器的设计重量约 30 0公斤,将会被安置在一个装有降落伞的直径3.7米的热防护罩内,然后运送到土卫六卫星表面之上。

众所周知 ,人类以往发射到地外星球表面上的探测器,要么是固定不动的,要么是装上几个轮子,能在崎岖不平的地面上缓慢挪动的。而这次 科学家们为什么会提出来一个能够飞行的无人机探测器方案呢? 这就要从它要抵达的目的地的特性说起了。

土卫六又被称为“泰坦”,是土星最大的卫星,也是太阳系里的第二大卫星,是由荷兰天文学家惠更斯于1655年3月25日发现的,也是在太阳系内继木星伽利略卫星之后被人类发现的第一颗卫星。

土卫六直径达5150公里,是一个比水星还大一些的天体,其表面重力加速度是地球的0.14倍。它是太阳系内第一颗被发现:有浓密大气包裹的卫星,其大气压足有地球标准大气压的1.5倍。

土卫六的大气成分与地球大气有些不同,其中98.44%是氮气,另外还含有丙烷、甲烷、乙烷、丁二炔、丙炔、二氧化碳和氦气等。这样的引力条件和大气密度条件,使得探测器在土卫六上更适于借助气动力飞行,需要耗费的能量要小得多,尤其是更适合于长距离移动。

除此以外,土星距离太阳的平均距离达9个天文单位,使得土卫六的表面温度低至零下179.15摄氏度。在这样低的温度下,绝大部分的碳氢化合物保持了液体状态。土卫六表面存在液态的甲烷或者乙烷湖,这些特征可以从卡西尼探测器发回的雷达成像照片中看出来。这也使其成为目前 人类所知的唯一一颗表面存在液体的卫星。

科学家们认为,土卫六的表面是由液态碳氢化合物构成的湖泊、海洋和溪流以及由“有机雪”构成的沙丘的混合物。这使得轮式或履带式探测器可能在土卫六上难以行动,甚至无法实现。因此能从一个地方飞到另一个地方的旋翼飞行器就是一种很好的选择了。

由于土卫六距离太阳过远,所以蜻蜓无人机探测器不可能像在火星上的探测器一样依靠太阳光照来获得工作所需的电力。届时,它将利用一台装有钚-238的放射性同位素热电发生器(RTG)来获取飞行等任务的电力能源。而且放射性同位素衰变所产生的热量,也使蜻蜓无人机探测器不至于在如此寒冷的环境中被冻坏。

实际上,蜻蜓无人机探测器上配置的RTG其瞬时发电功率也并不大。为此,“蜻蜓”不但配置了蓄电池,还需要过上“夜伏昼出”的生活。土卫六的白天和夜晚各自大概都有192小时。夜晚的时候,“蜻蜓”保持静止,利用RTG对蓄电池进行充电。当白天到来时,“蜻蜓”就可以利用蓄电池内的电力飞行,采集数据并向地球进行传输。利用蓄电池内的电力, “蜻蜓”的续航飞行里程可达8公里,飞行速度为36公里/小时,最高飞行高度可达4公里。

我们知道,通过之前“卡西尼号”及其释放的惠更斯号着陆器对土卫六进行的探测,科学家们发现,土卫六是太阳系中最像早期地球的地方,含有大量的有机化合物。科学家通过在实验室里对土卫六环境进行模拟,显示可以产生氨基酸,这意味着存在生命的可能。

预定于2026年发射、2034年抵达土卫六的蜻蜓无人机探测器,将降落在赤道附近直径约80公里的塞尔克环形山附近,对20几个地点进行横跨175公里、周期2.7年的探测。其携带的探测仪器将可以精确识别有机化合物,将对人类寻求地球生命如何诞生这一问题提供至为宝贵的线索。

随着人类在外空 探索 的疆域越来越广, 探索 外星的手段也将更加多变。既然在土卫六上我们可以使用无人机,那么是否有可能让无人潜航器去 探索 甲烷湖泊呢?深空 探索 为人类打开了一扇无限想象的大门。

文/李宇飞

编辑/杨蕾 张晓帆 丁瑶(实习生)

监制/许斌