巡天探月問終極——2021年世界科技發展回顧·空間技術

                        2022-01-06 01:00:00 來源: 科技日報 作者: 國際部

                        圖片來源:NASA官網

                            俄羅斯 Russia

                          影史首創“太空拍片”

                          太空旅游業務重啟

                          本報駐俄羅斯記者 董映璧

                          2021年7月,“質子-M”號運載火箭從哈薩克斯坦拜科努爾發射場點火升空,將攜帶的俄羅斯多功能“科學”號實驗艙送往國際空間站?!翱茖W”號實驗艙裝備了用于將科學設備伸出國際空間站外的壓差閘室,以及歐洲機器人手臂,安裝了從水中回收氧氣的系統和從尿液中回收水的系統,有宇航員的實驗工位和休息的床位等。

                          俄首創“太空拍片”。10月5日,載有俄一名宇航員和兩名電影工作者的“聯盟MS-19”飛船經過3個多小時飛行后與國際空間站成功對接,兩名電影工作者在國際空間站停留12天以拍攝故事片《挑戰》,其內容是一名宇航員需要接受外科手術,但由于身體狀況無法乘飛船返回地球,最后只能派一名女醫生前往太空救治。據報道,在國際空間站已經生活了6個多月的諾維茨基扮演生病的宇航員,什卡普列羅夫等其他宇航員也在影片中客串角色。這是電影史上首次由專業演員在太空拍片。俄羅斯國家航天公司官網轉播了全過程。

                          12月8日,俄羅斯宇航員亞歷山大·米蘇爾金與兩名日本太空游客乘坐“聯盟MS-20”號飛船,經過約6小時的飛行,順利飛抵國際空間站并與之對接,他們與國際空間站上的兩名俄羅斯宇航員、一名美國宇航員以及不久前搭乘載人“龍”飛船抵達的4名宇航員會合。按計劃,兩名日本游客將在太空停留12天,于20日返回地球。這是俄羅斯在中斷12年之后重新開展太空旅游業務,2001年至2009年有7名自費太空游客乘坐“聯盟”號飛船訪問過國際空間站。

                          法 國 France

                          發現距地最近超大質量黑洞

                          啟動新太空項目與美國競爭

                          本報駐法國記者 李宏策

                          法國科學家首次測量了一顆非常年輕的系外行星的內部密度,該行星圍繞著一顆新近形成且活躍的恒星運行,其與海王星非常相似。這是天文學家首次獲得小于2億年的系外行星密度。

                          為了探明地球每年接收多少星際塵埃,由法國科學家開展的一項為期近20年的國際研究項目,最終確定每年有5200噸微隕石抵達地球地面。這些塵埃是地球輸入的最主要的外星物質,研究將有助于更好地了解行星際塵埃曾向年輕的地球供應水和碳分子時所起的作用。

                          法國天文學家在距離地球約8900萬光年處發現了迄今距地球最近的一對超大質量黑洞。較大的黑洞質量相當于太陽的1.54億倍,而相伴黑洞的質量約是太陽的630萬倍。這對黑洞之間的距離僅1600光年,最終將并合成一個巨大的黑洞。

                          航天方面,為了和美國SpaceX開展競爭,阿麗亞娜集團于年底啟動Ma?a太空項目,開發可重復使用的迷你運載火箭。

                          法國ThrustMe公司團隊報告了一個使用碘工質推進系統的小型衛星,成功實現在軌運行。在電推進系統中使用碘而不是更貴也更難儲存的氙氣,或能提升航天器的性能。研究結果凸顯出碘作為航天業替代推進劑的優勢。

                          法國軍方于3月舉行首次太空軍事演習,同時也是歐洲的首次太空軍演。該演習旨在測試太空指揮能力和防御衛星能力,模擬監視一個具潛在危險性的太空物體,以及衛星面臨的威脅。

                          美 國 The US

                          新型聚變火箭速度快十倍

                          韋布太空望遠鏡發射入軌

                          本報記者 劉 霞

                          美國科學家設計出一種新型聚變火箭,與目前使用的電場推動粒子的火箭推進器相比,將使人類奔赴火星的速度快10倍。

                          “機智”號在火星上成功首飛,飛行時間39.1秒,有望開創無人機行星探索新時代;“毅力”號首次從火星大氣中獲得了5.4克氧氣,為未來探索火星鋪平了道路;“好奇”號發現,火星上部分地區古代生命存在的證據可能已被鹽水清除,還在火星上發現了以前未知的有機分子;“洞察”號首次揭示了火星內部結構。NASA和德國科學家聯合開展的一項新研究發現,地球上的某些微生物可暫時在火星表面生存。

                          在木星探測方面,NASA的“朱諾”號探測器與木衛三進行了迄今“最親密接觸”——僅1038公里。

                          “帕克”太陽探測器發射三年后,于2021年4月28日到達太陽大氣的最外層(日冕),并在那里停留了5個小時,成為第一個“接觸太陽”的航天器。

                          此外,美國科學家首次繪制出太陽日球層邊界的圖像,有助人們更好地了解太陽和星際風之間的相互作用。

                          在黑洞研究方面,科學家發現了迄今最小黑洞,也是最接近地球的黑洞。來自麻省理工學院等單位的科學家利用引力波探測器,首次通過觀測證實了霍金黑洞面積定理。

                          5月,大型國際科學合作項目暗能量光譜儀(DESI)正式啟動,開始為期5年的宇宙探索之旅,旨在創建迄今最大、最精細的星系三維圖譜,以揭示暗能量的奧秘,加深我們對宇宙的理解。

                          9月,SpaceX“獵鷹9”號運載火箭將4名普通乘客送入軌道,這是第一次由全民用機組人員組成的太空任務。藍色起源公司也公布了名為“軌道礁”的私人空間站計劃,預計在本世紀20年代末建成并部署。

                          在揭示宇宙的秘密等方面,科學家對宇宙中最古老的光進行了重新觀測,計算得出宇宙最新年齡為137.7億歲(誤差不超過4000萬歲)。亞利桑那大學主導的國際天文學家團隊發現了迄今已知最古老的類星體J0313-1806,其距地球130.3億光年,質量約為16億倍太陽質量。

                          12月25日,詹姆斯·韋布空間望遠鏡25日發射升空并順利入軌,有助科學家探究宇宙各階段歷史,了解眾多天體系統的起源。

                          以色列 Israel

                          衛星技術連獲突破

                          獨特環境模擬火星

                           本報駐以色列記者 胡定坤

                          2021年,以色列推出多項新型衛星技術。3月,以色列理工大學研制的3顆“納米衛星”發射升空,每顆僅重17.5磅,配有測量儀器、天線、計算機系統、控制系統、導航設備和獨特的推進系統。據悉,該新型推進系統基于氪氣,為全球首次在納米衛星上裝備,每顆衛星每天的推進劑消耗不到一克。

                          5月,以色列航空航天工業公司(IAI)推出SatGuard系統。該系統接收衛星遙測信息,并根據衛星導航精度、溫度、電流和電壓、通信系統等數據,使用人工智能機器學習技術識別其中的異常,提前發現可能出現的故障。

                          10月,IAI在國際宇航大會上推出一種同步軌道迷你通信衛星,該衛星僅重700千克,但可配備靈活的通信載荷和應用,具有較高的通信性能,且預期壽命長達14年。

                          來自以色列、奧地利、德國、荷蘭、葡萄牙和西班牙的6名“模擬宇航員”齊聚以色列內蓋夫沙漠,開展為期一個月的火星生存實驗,“模擬宇航員”們在此開展數十項科學實驗,體驗在火星生存的生理和心理挑戰。

                          德 國 Germany

                          打造歐洲航天行動中樞

                          發現迄今最小金屬行星

                          本報駐德國記者 李 山

                          空間技術方面,歐洲第27、28顆伽利略衛星成功發射,標志著伽利略導航衛星開始進入全面運行階段。德國航空航天中心(DLR)與電信公司TESAT合作開發的小衛星PIXL-1成功發射,搭載了世界上最小的激光通信終端,數據傳輸速度比傳統的無線鏈路快100倍。

                          由DLR領導研發的歐洲地面系統—共同核心(EGS-CC)控制系統成功監測和控制一個邊長約30厘米的小衛星。該系統有望成為未來所有歐洲航天行動的“大腦”。DLR為雷達衛星開發了一種校正方法,可將“歐洲哨兵1號”衛星圖像數據的幾何測量精度從目前的幾米提高到至少20厘米。DLR成功測試了兩種先進的“綠色”燃料,有望替代肼基燃料成為下一代太空應用燃料。

                          此外,歐幾里得衛星的有效載荷測試和軟件更改成功完成,計劃于2022年發射,在為期6年的任務中觀測超過15億個星系。歐洲和日本聯合實施的水星探測飛船BepiColombo首次飛越水星,并捕捉到了水星的一張高清圖像。德荷聯合開發的用于未來月球和火星溫室的營養混合系統原型開始測試,計劃到2025年建造一個月球溫室示范系統。

                          宇宙探索方面,DLR發現了迄今最小的以金屬為主的行星(GJ 367b)。這顆主要由鐵組成的行星距離地球31光年,體積是地球的3/4,每8小時繞其恒星旋轉一次。

                          德國電子同步加速器(DESY)的科學家參與發現了宇宙中最強大的伽馬射線暴。距離地球超過10億光年的巨大伽馬射線爆發是一顆恒星的死亡和它轉變為黑洞的開始。

                          馬克斯-普朗克天體物理學研究所發現,大質量恒星有伴星時能產生兩倍的碳量;天文研究所首次測量到系外行星大氣中的同位素;首次發現星際塵埃表面一氧化碳冰的結晶相變。

                          日 本 Japan

                          人造衛星之間展開大容量通信

                          用數字退火技術清除太空垃圾

                          本報駐日本記者 陳 超

                          日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)于2021年開始運行利用光在人造衛星之間通信的系統。光通信的數據傳輸速度將達到傳統電波通信的7倍以上,接近目前的5G高速通信標準。如果能在太空普及大容量的光通信,該系統還有望用于互聯網連接以及與繞月軌道基地通信等新用途。

                          日本7月開始開發升力需為地球上33倍的火星飛機。日本正在推進在火星上用飛機進行探查的研發項目,目的是讓飛機在火星的大氣中飛行并進行探測。

                          富士通公司利用“數字退火”技術來清除太空垃圾。富士通參與了英國航天局(UKSA)的一個項目,與亞馬遜網絡服務(AWS)等合作,利用該公司的數字退火技術,計算出專用航天器回收太空垃圾并進入大氣層燒毀清除的最佳航線。該項目證實了應用數字退火技術計劃航線將比人工計劃航線減少約2成的燃料成本。

                          10月,太空電梯材料驗證取得新進展。太空電梯的設想是利用長9.6萬公里的纜繩連接地球和太空,用帶輪子的轎廂升降機沿著穿過大氣層的纜繩運送物資和人員。日本建筑商大林組目前正在驗證利用金屬和硅保護CNT表面的技術。如果確認不會受損,距離目前提出的“2050年投入運行”的目標就會更近一步。

                          11月,初創企業GITAI Japan開發的太空機器人在國際空間站(ISS)進行實驗,讓機器人取代宇航員做部分工作,其目的是通過將簡單的工作交給機器人,以減輕宇航員的負擔等。預計未來這種機器人還將用于月球和人造衛星等。

                          巴 西 Brazil

                          將航天活動列為優先發展

                          拓展多領域國際合作伙伴

                          本報駐巴西記者 鄧國慶

                          巴西擁有衛星、火箭、航天器和發射場,政府將航天活動列于優先發展領域之首,希望未來能躋身航天大國之列。巴西國家空間研究院在空間科學和大氣科學領域內提出的研究項目覆蓋航空、天體物理、空間地球物理等學科,這些項目的研究促進了巴西的空間活動。巴西航天局制訂的航天研究主要集中在地球觀測、通信和氣象等方面,還將加強基礎設施建設和人力資源培養。

                          中國是巴西在航空航天領域重要的合作伙伴,1988年起開展的中巴地球資源衛星合作,是發展中國家間最成功的科技合作項目之一。2021年,中巴兩國航天部門積極落實《2013—2022年中國國家航天局與巴西航天局航天合作計劃》,繼續拓展在衛星探測、載人航天包括航天教育等方面的合作,在空間技術、空間應用、空間科學及地面設備、人員培訓、測控支持、發射服務等領域搭建起全新合作平臺。

                          在國際合作方面,去年8月,金磚五國航天機構負責人進行了視頻會議,并簽署了《關于金磚國家遙感衛星星座合作的協定》,為后續合作奠定了基礎。巴西航天局局長卡洛斯·莫拉表示,金磚國家航天機構之間建立“遙感衛星虛擬星座”,建立數據共享機制,將有助于應對人類面臨的全球氣候變化、重大災害和環境保護等挑戰。

                          英 國 The UK

                          建太空司令部開展合作

                          私企實現太空旅行夢想

                          實習記者 張佳欣

                          2021年4月5日,英國正式成立太空司令部,由英國皇家海軍、英國陸軍、英國皇家空軍、文職人員和商業機構重要人員組成,受一名兩星軍事指揮官領導,主要履行3項職能:太空作戰、培養和發展太空人才、太空能力建設(開發和實施太空裝備項目)。太空司令部將與國防部航天局開展合作,后者負責國防太空政策、戰略以及跨政府和國際協調。

                          9月28日,英國發布首份《國家太空戰略》報告,梳理了當前英國在科學技術、國防、監管和外交方面的優勢。報告指出了英國未來太空發展愿景:一是成為世界上最具創新性和吸引力的太空經濟體之一,使英國發展為一個太空大國;二是保護和捍衛英國的太空利益,重塑太空環境,利用太空能力幫助和解決國內外挑戰;三是通過前沿技術研究,保持英國在太空科學和技術方面的競爭優勢。

                          在對宇宙的探索方面,7月12日,英國維珍集團創始人理查德·布蘭森首次乘坐“太空船二號”飛行器飛抵太空邊緣,成功實現太空旅行夢想。

                          英國科學家研究稱,銀河系有一個由幾十億顆恒星組成的棒旋結構,數據和分析發現,自這個棒旋結構誕生以來,它的自轉速度下降了1/4。這是人類第一次通過測量證實銀河系在“踩剎車”,該結果為暗物質研究提供了新的認知。

                          烏克蘭 Ukraine

                          為歐洲火箭設計發動機

                          航天業要提高到新水平

                          本報駐烏克蘭記者 張 浩

                          2021年4月29日、8月17日以及11月16日,歐洲“織女星”運載火箭連續3次在法屬圭亞那的庫魯航天發射場成功發射升空。該運載火箭第4級的RD-843發動機系由烏克蘭南方設計局設計,烏克蘭南方機械廠生產。

                          烏克蘭在2021年還制造了近10年來第一顆國產遙感設備,為紀念烏克蘭獨立30周年命名為“Sich-2-30”地球光電觀測衛星。12月8日,該衛星從烏克蘭出發運往美國。

                          1月11日,烏克蘭政府國家安全與國防、戰略工業委員會會議上,批準了該國2021—2025年國家指定空間科學與技術計劃。在這份計劃中,烏克蘭擬定了其航天工業目標:確保在國家安全和國防領域將國家戰略任務實施能力提高到一個新的水平;建立基于國內外軌道手段的國家空間觀測系統;創建和發展國內空間觀測衛星群;確保烏克蘭參與國際組織空間研究合作;開發烏克蘭的科學、技術和智力潛力。

                          韓 國 South Korea

                          發布一系列大型項目

                          對民營企業積極扶持

                          本報駐韓國記者 邰 舉

                          2021年中,韓國通過“第三次宇宙開發振興基本計劃修正案”,增加了2024年推動民間企業開發固體燃料小型火箭、提供資金和發射場地等支持以及2031年前發射100顆超小型衛星(其中包括14顆6G通訊實驗衛星、50余顆地球觀測衛星以及22顆宇宙觀測衛星、13顆航天技術驗證衛星)等內容。

                          發布韓國版衛星導航系統(KPS)計劃,預計在2035年之前發射8顆KPS專用衛星,定位精度達到厘米級,項目預算4兆韓元,成為韓國科技項目之最。

                          韓國型運載火箭研發取得新進展。Nuri號發射體一級助推器綜合燃燒試驗獲得成功。在發射實驗中,Nuri號一級、二級助推器工作正常。

                          韓國計劃2022年發射其最早的“月球勘測飛船”,新的靜止軌道公共復合通信衛星“千里眼3號”也開發順利。

                          韓國在500公斤級衛星“標準平臺”上研發的“下一代中型衛星1號”發射成功。

                          韓國天文研究院同美國國家航空航天局等開展了SPHEREx太空紅外望遠鏡聯合研制項目。

                          韓國科學技術信息通信部宣布“培養新太空領軍人”和“大學生現場培訓”等項目,以培養航天工程人才。

                          韓國政府還計劃提升城市空中交通(UAM)、智能海上物流和機上互聯等相關領域的產業競爭力。

                        責任編輯: 常麗君
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