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卫星小到了面包的尺寸,还参与了加州灭火

William J. Broad2018-12-16 06:43:00

“这具有令人难以置信的重要意义,起初它只是个玩具,如今却演变成了一场革命。”

本文只能在《好奇心日报》发布,即使我们允许了也不许转载*

最近,加州官员宣布该州史上最致命的山火“营溪大火”(Camp Fire)已经得到全面控制。这得益于消防员在地面上的辛勤付出,以及来自高空的助力:一群代表着太空时代下一阶段的微型轨道卫星。

这些卫星由位于旧金山的 Planet Labs 运营。该公司目前运营着世界上最大的对地观测卫星群,拥有大约 140 个航空器。所有卫星都配有摄像机和望远镜,大部分卫星的尺寸只有一块面包大小。

作为一个卫星群,它们可以对地面上的特定地点进行每天一次甚至两次的观察。到目前为止,商业卫星最多只能对一个地方进行每周或每月一次的观察。更高的观测频率能够密切监测快速的环境变化,譬如火灾、洪水、火山爆发、地震、飓风,以及此类变化对于城市区域的影响。

Planet Labs 公司的董事长威尔·马歇尔(Will Marshall)说道:“看不到问题就解决不了问题。”

此次“营溪大火”发生于 11 月 8 日星期四。第二天,萨克拉门托的 Planet Labs 小组就开始将监控数据传输至州政府官员展开救灾协调响应工作的战略室。

加州紧急服务办公室利用卫星图像绘制了快速移动的火情,确定具体建筑物是否完整,有无受到损害或破坏。紧急服务办公室主任马克·盖拉杜奇(Mark Ghilarducci)将这些卫星图像形容为管理人员和紧急事故小组的“金矿”。

Planet Labs 灾难响应负责人布里塔妮·扎伊奇(Brittany Zajic)表示:“借助这种态势感知技术,我们逐区完成了损害评估。”

11 月 9 日,Planet Labs 的部分卫星系统拍下的“营溪大火”灾情。作为一个卫星群,它们可以对地面上的特定地点进行每天一次甚至两次的观察。图片版权:Planet Labs

小体积,大梦想

Planet Labs 卫星群代表了卫星微型化这一发展趋势。卫星的尺寸在不断缩小,前景却在不断扩大。航空器制造得越小,就越便宜,越能实现更广泛的获利可能。而且,除了其他进步之外,对于地球环境的变化,它们还能够做到比以往更加全面和有规律的观测。

在谈到这一趋势时,现任突破奖基金会(Breakthrough Prize Foundation)主席的退役空军将领、前 NASA 官员 S·皮特·沃登(S. Pete Worden)表示:“这具有令人难以置信的重要意义,起初它只是个玩具,如今却演变成了一场革命。”

多年来,外层空间一直是苏联和美国两个大国的天下。它们的设计都很大:高过 20 层公寓楼的火箭,大过城市公共汽车的卫星,还有展开天线后几乎与足球场一样大的间谍卫星。

2007 年苹果手机的首次亮相,向新一代卫星制造商发出了信号:他们制造的产品也可以缩小。早期开发的小型卫星被称为手机卫星(PhoneSats),因为它们的电子核心由智能手机制成。这些卫星的单颗售价仅为 7000 美元。

今天,相对较小的火箭将大小与手提包、背包和披萨盒相当的卫星送上了太空。同时,航空器也配置了各种微型传感器、电路、镜头、发动机、电池和天线。去年,印度通过一次火箭发射将 104 颗卫星送入轨道,打破了之前的卫星部署世界纪录。

那次发射的航空器分别来自印度、以色列、哈萨克斯坦、荷兰、瑞士和阿拉伯联合酋长国,以及包括 Planet Labs 在内的两家美国公司。去年,西非国家加纳凭借着一颗豆子罐头大小的卫星进入太空时代。外层空间正在逐渐实现民主化发展。

一般来说,新型航空器建造和发射的成本低廉,以至于大学、甚至是高中都可以参与。11 月 10 日星期六,来自加州尔湾市六所高中的学生们为他们的小型航空器顺利进入轨道齐声欢呼。据悉,这个航空器的任务是研究金星。

“真的很棒!”为 160 名学生做顾问的航空航天专家布伦特·弗里兹(Brent Freeze)说道,“这项活动很好,它能让头脑聪明的年轻人互相交流,一起努力。”

即使是最早秉承“越大越好”想法的 NASA,也投身到了这股新潮当中。今年五月,NASA 向火星发射了一对公文包大小的航空器——它们被称为“火星立方星一号”(Mars Cube One)——成为最先飞出地球轨道外的微型探测器。十月,经过将近半年的航行,双星中的一颗拍下了第一张照片。

“最后能够看到火星无疑是一个巨大的胜利,”NASA 喷气推进实验室的任务主管科迪·科利(Cody Colley)说。

上个月末,这对立方星经过火星,并成功证明微型设备可以将火星上的着陆器数据传回地球,为进一步的探索做好了准备。

今年三月,NASA 喷气推进实验室的工程师乔尔·斯坦克劳斯(Joel Steinkraus)对其中一颗“火星立方星一号”进行调试。图片版权:NASA/JPL-Caltech/Tyvak/Cal Poly SLO

体积小,数量多,功能强

可以肯定的是,大型卫星仍然会定期进入轨道,尤其是那些专门服务于间谍活动和国家安全的卫星。航空航天评论家表示,这些庞大的航空器通常由大公司制造,而且因为要维持它们硕大的体积,运营成本可能高达数十亿美元。

但小型卫星在经济方面更具优势。哈佛大学的天文学家乔纳森·麦克道尔(Jonathan McDowell)对全球范围内的空间发射进行跟踪研究,并发表了《乔纳森空间报道》(Jonathan’s Space Report)。他表示,在经过一个实验阶段的发展后,微型卫星的数量开始急剧上升。重量在 22 磅(约合 10 千克)及以下的航空器数量从 2011 年的 12 个增长到 2013 年的 89 个,2015 年的 125 个,以及去年的 291 个。随着越来越多的集团和公司加入这一趋势,麦克道尔博士预计该数字还将继续上升。

“很长时间以来,大家都感觉太空是一个成熟的领域,”他说, “如今,这种感觉已经不复存在。”

许多新型航空器的出现让传统工作的成本大大降低,例如评估农作物、绘制城市地图、传递信号和管理自然资源。华尔街的分析师都能够利用新的信息流对期货市场进行更好地评估。和间谍活动相比,Planet Labs 等公司更希望能够利用地球观测帮助科学家和公众更好地跟踪环境变化,提升管理和补救措施。

12 月 3 日星期一,一枚 SpaceX 火箭从加利福尼亚发射,将 64 颗卫星送入轨道。这些卫星分别来自 Planet Labs 公司和包括澳大利亚、巴西、芬兰、意大利、约旦、波兰、韩国和泰国在内的 17 个国家。此外,该火箭还携带了一颗二级微型卫星,也就是由尔湾学区的学生们建造的尔湾 2 号(IRVINE 02)。

除此之外,微型化取得的成功还包括一个由美国制造的背包大小的航空器,它能够在地表以外的区域伸展并反射雷达信号。传统的太空雷达可以在夜间或透过云层观测,但它们需要大型天线的支持。位于旧金山的 Capella Space 公司为此聘请了一位折纸专家,研究如何将展开后近 100 平方英尺(约合 9.3 平方米)大的天线折叠成紧密的一束。

该公司首席执行官帕亚姆·巴纳扎德赫(Payam Banazadeh)表示:“从一个小盒子里释放出一个巨大的构造,这尚属业内首例。”

更大的目标还在后头。加纳正在积极建造一个微型航空器,上面配备的摄像头将足以监控非法采矿和森林砍伐等行为。因特斯拉汽车和 SpaceX 火箭而闻名的埃隆·马斯克(Elon Musk)希望建立一个由 1.2 万颗小型卫星组成的网络,让全球数十亿位于农村和偏远地区的用户可以直接通过卫星接入网络。

去年二月,当 SpaceX 发射两颗测试卫星时,马斯克在 Twitter 上表示,这一叫做“星链”(Starlink)的卫星网络“将为网络信号欠发达的地区提供网络接入服务。”虽然太空互联网的收入潜力尚不清楚,但 SpaceX 计划从明年开始发射卫星,并准备于 2020 年前实现基本的网络构架。

并非所有的太空任务都可以使用微型卫星完成。对于天文研究中使用的轨道望远镜,以及将电视信号发射给屋顶天线和室内显示装置的高性能卫星,微型化可能都不适用。

但微型化可能会越来越有吸引力:如果一个大型任务可以划分成多个细小的部分,那么它将更加不容易完全失败。“这样做能提升稳定性,”哈佛大学天文学家麦克道尔博士说,“我们已经对此讨论过很长的时间,但是如今它正在成为现实。”

随着加利福尼亚的火灾得到控制,Planet Labs 公司正在找寻“高空之眼”能够派上用场的新场景。

“我们是太空 geek”,Planet Labs 的董事长马歇尔对此并不否认。但他随即补充说,他们的目标不仅仅是颠覆太空时代,而是学习“如何用这门技术做好事”。

为加州高中生打造卫星提供建议的弗里兹博士表示,他觉得这种努力让人再度感受到了追寻未知事物的魅力。

他说:“我们的团队一直在夜以继日地努力。”


翻译:熊猫译社 金金

题图版权:Irvine Public Schools Foundation via The New York Times

© 2018 THE NEW YORK TIMES

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