国际空间站确立科学使命 以更低成本观测地球

鞍山视线 刘 欣2019-05-10 05:10:06
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本报讯 国际空间站从来就不被认为是一个从事科学研究的温床,尽管美国和其他国家花费了1000多亿美元来建造它。在它狭窄的空间里,宇航员研究着微重力的生物效应,而一些天体物理实验则被安排在外部进行。但在国际空间站建成20年后,它终于获得了一项科学使命:俯视它的故乡——地球。

国际空间站现在安装了5台观测地球的仪器,今年还将有两台加入其中。其中之一是美国宇航局(NASA)的轨道碳天文台3号(OCO-3),携带它的“龙”飞船已于5月4日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空,执行例行补给任务。OCO-3的发射也标志着一场胜利——总统唐纳德·特朗普曾多次提议取消这架探测器,但每次都被国会否决。

国际空间站并不是OCO-3的理想平台,后者更适合安装在一颗独立飞行的卫星上。事实上,“这可能不是一个完美的平台”。今年2月退休的NASA地球科学部门前负责人Michael Freilich说。但与发射一颗卫星相比,在国际空间站上安装仪器要便宜得多——OCO-3耗资1.1亿美元,是2014年作为一颗独立任务卫星发射的OCO-2成本的1/4。

经历了两次重大的发射失败——OCO初始卫星于2009年坠入印度洋,以及2011年用于追踪大气粒子的荣耀号卫星的坠落,节省下来的资金帮助NASA维持了其地球科学任务的广度。尽管Freilich建造OCO-2得到了支持,但其他几颗计划中的卫星的成本却翻了一番,从而将较小型的任务置于危险之中。

大约在这个时候,日本向国际空间站增加了一个模块。其平整的平台对于10个即插即用仪器来说是一个很好的去处。Freilich说,如果把地球观测仪器放在那里,能够让NASA用一小部分成本获得大量的科学成果,这似乎是一笔不错的交易。“每个人都将从中受益。NASA的人类项目将展示空间站的效用”,而地球科学部将进行更多的实验。

像OCO-2一样,OCO-3携带了一个光谱仪,可以监视二氧化碳吸收的光的波长,从而提供从国际空间站到地表路径上所有二氧化碳分子的数量。根据不同地区二氧化碳浓度的变化,这些任务可以绘制出一些碳排放源和植物吸收的分布图。但是考虑到大气中已经存在大量的二氧化碳,这些测量是非常困难的。

但是国际空间站也有一个关键的限制因素:空间。3年后,OCO-3可能会在日本模块上被替换掉。加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室项目科学家Annmarie Eldering说,NASA和日本已经在讨论下一步的计划。她说,“他们会把卫星放入大气层中烧掉。”

然而,能够以更低的成本同时对地球进行多次测量的天基平台将继续存在。喷气推进实验室工程师Rudranarayan Mukherjee正在开发一个名为“科学站”的概念空间站——这是一个带有桁架和机械臂的微型机器人空间站,可以在低轨道上搭载十几个地球观测仪器。Mukherjee说,空间站“已经显示出在近地轨道作为一个共享资源平台的好处”。他说,NASA还没有对这个概念做出承诺。但他补充说,“人们可以立即看到,是的,我知道它是如何运作的。”

国际空间站是一个由6个国际主要太空机构联合推进的国际合作计划。参与该计划的共有16个国家或地区组织。国际空间站作为科学研究和开发太空资源的手段,为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2019-05-09 第2版 国际)