策划/ 原民辉
执行/ 庞之浩 黄志澄 卢 波 梁 巍 刘 豪 范嵬娜 朱鲁青 陆 征 祁首冰 刘 佳 于 佳
太阳系探索的里程碑—“新视野”成功飞越冥王星
New Horizons’ Pluto Fly by Marks Milestone for Solar System Exploration
策划/ 原民辉
执行/ 庞之浩 黄志澄 卢 波 梁 巍 刘 豪 范嵬娜 朱鲁青 陆 征 祁首冰 刘 佳 于 佳
编者按:
经过9.5年、4.8×109km的长途跋涉,美国“新视野”(New Horizons)探测器于北京时间2015年7月14日19∶49飞越太阳系最远的天体—冥王星(Pluto),最近距离约12472km,拍摄了太阳系原九大行星最后一块未开垦处女地的清晰照片,打开了人类的新视野,攀登上了太阳系天体探索的珠峰。
“新视野”的这一瞥,不仅让人类终于看全了太阳系原九大行星的面目,更代表人类完成了太阳系观测“第一阶段”的任务。探测完冥王星及其卫星后, “新视野”将飞向太阳系外层的柯伊伯带(Kuiper Belt),那里可能隐藏着数以千计的冰冻岩石小天体,深藏着太阳系形成的秘密。“新视野”已成为探索太阳系的里程碑事件,其成果将使天文学家重新开始编写一本全新的教科书。
藉此之际,本刊特推出“新视野”专题,以飨读者。
冥王星的直径约2370km,比月球还小(月球直径约3470km),体积相当于月球的2/3,质量只是月球的1/6,公转周期为248年。冥王星可能是柯伊伯带中体积最大的天体,主要成分是水冰和岩石。目前已知冥王星拥有5颗天然卫星,最大的冥卫一卡戎(Charon),冥卫二尼克斯(Nix),冥卫三许德拉(Hydra),冥卫四科波若斯(Kerberos),冥卫五斯提克斯(Styx)。
冥王星之所以让人着迷,因为它是一个太空异类,似乎打破了一般天体的规则。它距离太阳太远,因而无法归入太阳系内层的“岩石行星带”(包括水星、金星、地球和火星);而与太阳系外层的气体巨星(木星、土星、天王星和海王星)相比,冥王星又实在太小了。实际上,它同太阳系外层柯伊伯带的彗星有更多相似之处,因为它们都很小,并位于海王星之外,主要由冰与岩石构成。
2005年,人们在冥王星轨道外发现了一个比冥王星略大的天体,后来命名为阋神星(Eris)。这一发现让人猜测,太阳系可能还存在几十颗冥王星大小的冰冷、遥远的天体,这引发了一场身份危机。后来,冥王星在2006年8月遭到降级,从一颗行星变成了一颗矮行星。此次“新视野”获得的最新数据是,冥王星直径为(2370±20)km,比之前的结果大了80km,相当于地球的18.5%;阋神星直径为(2336±12)km。于是,冥王星保住了柯伊伯带最大天体的地位。
冥王星、冥卫一与地球大小对比
链接:
根据国际天文学联合会2 0 0 6年通过的决议,一个天体要成为行星必须满足3个条件:位于围绕太阳的轨道上;质量足够大,以达到近似球形;自身有足够的引力,以清空其轨道附近区域的天体。显然,是第3条标准让冥王星惨遭降级。在未来的探索中,很有可能发现与太阳系八大行星类似、符合目前行星定义的天体,届时行星的定义很可能面临再次调整。而在未来调整中,冥王星是否会重新成为一颗行星,谁也说不好。所以,冥王星想重返行星队伍,现在还不行。
目前,冥王星有许多未解之谜。例如,这颗处于太阳系外层地带的矮行星上面到底有什么,冰封表面下是否有海洋,冥王星与冥卫一是否是双子星,冥王星的卫星为何呈现独特舞步,它表面奇特的天气是如何形成的,这颗“第三类行星”与彗星有什么联系,“流逸”现象是否真的存在于冥王星表面。
美国探测冥王星的主要目的是:首先,人类从来没有探测过,即使美国“旅行者”(Voyager)系列探测器也只是在掠过天王星、海王星之后就朝太阳系之外飞去,而没有探测冥王星。所以美国要率先探测它,以满足人类的好奇心,并保持其在空间探测领域的绝对领先地位。其次,太空探索能牵引新技术的进步,激励年轻一代选择科学、工程和数学作为他们的求学专业或终身职业,这些年轻人将成长为下一代的技术领袖,有助于保持国家的竞争力。
另外,作为太阳系外层轨道的天体,冥王星就像一个时空胶囊,保存了10亿多年的早期太阳系的冰冻遗迹。比如,太阳系在45亿年前形成初期的早期物质,探测它有助于了解太阳系的起源;冥王星及其卫星其实也都是柯伊伯带天体,只不过冥王星反光率太高了,才使当初的发现者轻易地找到了它。柯伊伯带有太多的问题需要调查,不探测它很难说了解了太阳系。对太阳系不同行星之间的比较研究,有助于人类理解地球是如何运转的。
目前,人类对柯伊伯带没有多少了解,但该地带可能掌握着确保地球安全的钥匙。有时,某种力量会让该地带的天体离开其轨道,促使它们朝太阳系内层滚落。如果它们中的一个撞向地球,会引发人类历史上空前的灾难。有一种理论认为:6500万年前,一颗直径近10km的柯伊伯带天体撞向了如今的墨西哥所在地,从而导致恐龙灭绝。
因此,“新视野”收集的信息至关重要,它能让人类更好地理解太阳系的起源和柯伊伯带天体的性质,并让人类对将来可能撞击地球的彗星获得新认识。
“新视野”在飞越前拍摄的冥王星(右)和冥卫一
“新视野”是美国航空航天局(NASA)“新疆域计划”(New Frontier Program)中的首个探测器。“新疆域计划”是NASA的一项用“中等级航天器”探索太阳系的空间科学计划,NASA在《2006太阳系探索路线图》中建议,每10年发射2~4次“新疆域”任务。“新疆域计划”主要基于那些在“发现计划”中采用的创新方法,着重选择一些在“发现计划”的成本和时间约束内不能完成的中等级任务,成本通常限制在7.5亿美元以下。
“新疆域计划”任务是NASA通过公开征集,并经过激烈竞争和全面评审而确定的任务。2001年1月20日,“新视野”作为提案提交给NASA;同年6月,NASA选择包括“新视野”在内的2个提案进行概念研究;同年11月29日,NASA最终确定“新视野”冥王星任务作为“新疆域计划”的首个任务。
“新视野”的主要任务有两个:一是探测位于太阳系边缘的冥王星及其卫星;二是探测位于柯伊伯带的小行星群。具体科学目标包括:
1)测绘冥王星及冥卫一的表面地形、温度、地质情况;
2)研究冥王星的中性大气及其逃逸速度;
3)搜寻冥卫一的大气踪迹;
4)搜寻冥王星环和可能存在的更多卫星;
5)扩展任务:对多个柯伊伯带天体以及太阳大气进行观测研究;
6)在木星借力过程中对木星及其卫星进行科学探测。
“新视野”任务将持续10年以上,最初成本预算为6.5亿美元,其中包括探测器研制、发射、操作以及后期费用。最终,项目的实际花费为7.2亿美元。
“新视野”之所以能够胜出成为“新疆域计划”的首个任务,源于其非常契合“新疆域计划”的宗旨—通过高质量的、强调科学探索的任务设计来增强人类对太阳系的了解。一是“新视野”将主要任务目标对准了太阳系原九大行星中唯一没有被人类航天器探测过的行星—冥王星及其卫星,以及柯伊伯带天体,“新视野”的任何发现都将填补人类对太阳系认知的空白;二是“新视野”的科学目标聚焦在冥王星及冥卫一的表面地形与地质情况及大气喷发与大气逃逸等,有限目标有助于任务成功并有效控制成本。
组装完毕的“新视野”探测器
各分系统
(1)结构分系统
“新视野”的结构外形类似一个三角形,厚约0.75m。结构设计借鉴了20世纪70年代美国先驱者-10和11(Pioneer-10和11)的经验,并进行了轻量化设计。
探测器主体结构高约0.7m,长约2.1m,最宽处约2.7m。发射时探测器质量约478kg,其中包括77kg燃料和30kg的科学仪器。
(2)电源分系统
“新视野”采用放射性同位素热电式发电机提供电源,没有安装蓄电池。在任务初期,该发电机可提供大约240W的电功率(30V直流)。到2015年,输出功率约为200W。
“新视野”使用的放射性同位素热电式发电机型号为GPHS-RTG,是“卡西尼”(Cassini)土星探测器的备用件。该发电机包括约10.9kg的钚-238氧化物(二氧化钚)小球,这些小球被铱包裹,然后装入复合材料的壳体里。
(3)通信分系统
“新视野”采用X频段通信系统与地面联系、传回科学数据、交换指令和状态信息,并通过NASA深空网的地面天线实现精确的位置跟踪。
探测器的天线系统包括1副直径2.1m的高增益碟型天线、2副宽波束低增益天线和1副中增益碟型天线。
大部分情况下使用高增益天线与地面的70m天线通信。当探测器到达冥王星时,将距离地球4.8×109km,届时数据率仅为700bit/s,将整套数据传回地球需要9个月。
在从木星飞往冥王星的巡航飞行中,“新视野”采用“休眠”模式,每年仅唤醒一次,大约耗时50天左右进行设备检测和轨道跟踪。其他时间里,探测器处于慢自旋状态,每周发回1次信标信号,用以说明探测器处于正常模式。“新视野”是第一个使用深空网信标侧音(beacon tone)系统的任务,该系统曾在1998年的深空-1(Deep Space-1)任务中进行了飞行验证。
(4)推进分系统
“新视野”的推进系统包括16个肼推力器,其中4个4.4N推力器主要用于轨道修正,其他12个0.8N小推力器用于对探测器的自旋进行加速或减速。
发射时,探测器共携带了77kg肼,这些推进剂能够提供大约290m/s的速度增量。由于可利用木星引力进行加速,并且在冥王星附近无需减速,使得探测器无需携带过多的燃料。
测试“新视野”天线系统
(5)制导、导航与控制分系统
“新视野”采用三轴稳定(科学探测状态)和自旋稳定(巡航阶段)两种姿态控制模式,其中,自旋模式用于轨道修正机动、与地面通信和巡航阶段的休眠期,额定自旋速率为5r/s。
姿态确定是通过星跟踪器、惯性测量单元(IMU)和数字太阳敏感器实现的。星跟踪器大约储存了3000颗星的图像,通过位置比较计算探测器的指向。制导、导航与控制分系统(GNC)采用了12MHz的Mongoose V处理器,2台互为备份。太阳敏感器可以作为星跟踪器的备份,如果其他敏感器失去了探测器的指向信息,可以通过太阳敏感器找到并使探测器指向太阳。
(6)指令和数据处理分系统
指令和数据处理分系统采用抗辐照加固的12MHz的Mongoose V处理器作为核心单元,承担向各分系统发布指令、收集和处理各类仪器的数据,并将有关结果传回地球的任务。
系统软件采用自主算法,能够“自主”检测探测器各系统的状态,在必要的时候进行自我修复、切换至备份系统或向地面寻求帮助。
(7)热控分系统
“新视野”表面覆盖有轻质多层隔热膜,热防护采用18层Dacron织物夹在外包铝膜的聚酯/聚酰胺薄膜层之间,构成多层隔热系统,用以保持电子设备操作时发出的热量,从而实现探测器的保温和防护微流星撞击。
在整个飞行过程中,探测器电子设备工作的热量能够使整个探测器的工作温度保持在10~30℃。探测器上还装备了几个小型加热器,一旦发现温度偏低,加热器就会启动以提升探测器内部的温度。当探测器接近地球或太阳而出现温度过高的情况时,可将散热窗打开进行辐射散热。
科学载荷
“新视野”携带了7台质量30kg的科学仪器。其中,光学设备有3台,分别是:远程勘测成像仪(LORRI)、可见光-红外成像光谱仪(Ralph)和紫外成像光谱仪(Alice),分别拍摄可见光、红外和紫外图片。另外4台仪器分别是:太阳风分析仪(SWAP)、无线电科学设备(REX)、高能粒子光谱仪(PEPSSI)和学生尘埃计数器(SDC),分别用于测量冥王星附近和表面的太阳风、大气、能量粒子和尘埃。
“新视野”携带的科学载荷
飞越过程
发射至飞掠木星。2006年1月19日,“新视野”由宇宙神-5(Atlas-5)火箭成功发射升空。它以16.2km/s的速度飞行,是迄今为止人类发射的离开地球速度最快的航天器,也是第一个发射后直接进入太阳逃逸轨迹的航天器。它在发射后只用了9h就飞至月球,只用了13个月就飞至木星。然后,它借助木星的巨大引力进一步提速,在离木星非常近的地方掠过木星,直飞冥王星。经过木星借力飞行后,其速度达到20.8km/s,创造了人类航天器飞行速度最快的记录,后在太阳引力的影响下,探测器速度又减缓为16.5km/s。
休眠飞行,定期唤醒。自发射升空以来,“新视野”几乎有2/3的时间是处于休眠状态,特别是飞掠木星后,“新视野”上的绝大部分仪器处于休眠状态,以便节约电力,延缓设备老化并降低运营成本。每隔几个月,探测器上的设备都会定期被唤醒,以便接受例行检查,或是执行一些特定任务,比如在2007年路过木星附近时,“新视野”按照指令对木星进行了考察。此外,“新视野”每周还会发回一个状态信号,称作“绿色信号灯”,其目的是让地面控制人员知道它的状态。
确认苏醒,开始探测冥王星。在2014年8月的一次例行检查期间,地面向探测器上传了“唤醒”指令。2014年12月6日(北京时间12月7日),地面接收到来自探测器的苏醒确认信号。在完成数周的仪器检查和准备后,2015年1月15日,“新视野”开始探测冥王星及其卫星。其对冥王星的探测共分为3个阶段:
第一阶段为接近阶段。从2015年1月15日起至3月底,“新视野”的重点是导航和设备测试。
第二阶段为科研阶段。从2015年4月起至6月中旬,“新视野”开始全面探测冥王星,其远程勘测成像仪获得了分辨率达1km的冥王星表面图像。此前所获得的冥王星图像最高分辨率为500km左右,由“哈勃”空间望远镜(HST)拍摄。
这是7月12日“新视野”上的可见光-红外成像光谱仪对冥王星的红外线成像。左图中不同颜色代表不同的红外波段:蓝色对应于甲烷冰吸收强度中等的波段;绿色对应于甲烷冰完全不吸收的波段;红色对应于甲烷冰严重吸收的波段。可以看出,冥王星表面的甲烷冰吸收从北极向南极逐渐增强
第三阶段从2015年6月下旬起,进入最后冲刺阶段。7月1日,“新视野”进行了最后一次目标定位,微调了飞往冥王星的路线,以探测冥王星表面冰冻甲烷。在靠近冥王星的过程中,探测器上的远程勘测成像仪每天都会发回图像数据,光谱仪分析了冥王星的表面成分。
7月12日,“新视野”从距离2.5×105km处拍摄的冥王星图像显露出了“心”形的明亮区域以及一些地形特征。数据显示,冥王星表面覆盖着大量的甲烷冰,它们在不同区域的分布有明显差异。
7月13日,“新视野”传回近距离拍摄的冥王星图像和其他数据,以防在7月14日飞越时探测器因空间碎片等影响发生故障或坠毁。
7月14日,“新视野”近距离飞越冥王星和冥卫一,它拍摄了冥王星和冥卫一迄今为止分辨率最高的照片,分别在绿、蓝、红和对甲烷霜敏感的特殊波段绘制的冥王星和冥卫一清晰的地图;探测了冥王星大气层发出的紫外线辐射;在近红外波长上获取了光谱图,以了解冥王星及冥卫一表面成分和这些物质的分布及温度。它避开了可能存在的空间碎片环,并防范未发现的卫星(观测冥王星周围是否存在第6颗卫星,一旦发现就要计算是否会干扰到探测器的轨道)。
最后冲刺。北京时间7月14日19:49:59,“新视野”到达此行最接近冥王星的位置12472km处;15min后又靠近冥卫一,最近距离为27358km。在飞越期间,探测器上的远程勘测成像仪获取了两条幅宽80km左右的冥王星地表遥感图像,覆盖了整个正面半球,拍摄到最高分辨率达60m的冥王星地貌;研究了冥王星的大气层,寻找了冥王星上的云和雾;寻找了是否还有未被发现的卫星。
为了集中精力搜集冥王星和冥卫一的数据,专注于探测任务,在近距离掠过冥王星期间,“新视野”关闭了与地球的通信达22h,保持无线电静默,不向地球传回数据,以集中力量获取探测数据。此后的具体过程如下:
7月14日19:00,“新视野”开始向冥王星发起最后冲刺。19:49,“新视野”以14km/s的速度近距离飞越冥王星,并拍下冥王星在可见光和近红外波长下的图像。当时数百名科学家、友人和家人大声欢呼并拥抱在一起,很多人都禁不住流下了眼泪。这一刻标志着“新视野”成功飞越了距冥王星最近点。
7月14日20:04,“新视野”到达距冥卫一的最近点,这个距离超过离冥王星最近点约2倍,因此拍摄其照片的清晰度要比拍摄冥王星的照片粗糙。
7月14日20:51,“新视野”穿过冥王星的阴影面,探测了冥王星的大气。
7月14日21:02,“新视野”约2h的近距离飞越冥王星的任务结束。在这一期间,该探测器有0.01%的概率会因撞上冥王星周边的碎石残骸而功败垂成,因为它所能承受的最大外力不过是如同一粒谷粒质量的冲击,但飞越很顺利。
7月15日,NASA公布的“新视野”于7月14日拍摄的冥王星(左)和冥卫一伪彩色照片。它们并非星球真实颜色,而代表其地表物质成分。冥王星“心”形区域成分不同,西部有一种冰激凌颜色,而右侧显偏蓝色。冥卫一采用相同配色,北部红色代表“索林”的碳氢化合物,而较低纬度则代表冥卫一具有复杂的地形
这是“新视野”上远距勘测成像仪拍摄的冥王星图像,其中可见最显眼的“心”形区域
7月15日08:52:美国霍普金斯大学的“新视野”探测项目控制室传出雷鸣般的掌声,因为此刻收到了“新视野”4.5h前发出的平安信,确认它已成功在最近距离飞越了冥王星。发回的平安信实际是一组15min长的状态信息。位于西班牙的一架深空网天线接收到信号后,转发给了霍普金斯大学应用物理实验室。这条来自4.8×109km外的信息结束了人们长达21h的焦急等待。
随后,“新视野”开始十分缓慢地把在密切接触冥王星10天里拍摄的50Gbyte数据传回地球,这一过程将长达16个月。“新视野”的数据传输速度受限于与美国深空网的通信时间,以及飞越冥王星系统期间采集数据的质量。高分辨率冥王星图像在7月15日传回,冥卫一的图像在7月16日传回。
已获得的科学发现
7月16日,NASA召开了“新视野”飞抵冥王星新闻发布会,公布了“新视野”传回的高清图片、视频以及一些新的发现。
一是发现冥王星北极存在冰冠,主要成分为氮和甲烷;
二是精确测定了冥王星的直径为2370km±20km,修正了以前对冥王星尺寸估算的不确定性,同时也意味着冥王星是柯伊伯带已知的最大天体;
三是揭示了冥王星大气富含氮以及冥王星大气层高度,探测数据表明冥王星大气延伸至1600km处;
四是首次获得冥王星及其卫星的高清图片,如冥卫三自2005年被发现以来一直是大小形状和反照率未知的模糊光点,“新视野”确定其大小约为43km×33km。
7月8日,“新视野”传回的冥王星照片显示,这颗褐色星球上有一个巨大的“心”形亮区,宽度可达20000km。如此多的亮区和暗区表明,这个天体内部可能曾有、甚至现在仍有活动。
7月16日,NASA发布的图像显示,在冥王星赤道附近发现了一处高达3500m的年轻而冰冷的山脉,这座山脉面积大约占冥王星表面积的1%。令科学家惊喜的是,相对于太阳系45.6亿的年龄,这座冰山山脉形成的时间非常短,不超过1亿年,这意味着此处可能至今仍然存在着地质活动。
7月17日,NASA公布了一张冥卫一的新照。其特写区域长度约为390km。这张照片由远程勘测成像仪于北京时间7月14日18:30拍摄,当时距冥王星约为79000km。最奇妙的是这座高山位于盆地里,这是一个令地质学家都感到震惊和困惑的特征。
NASA展示了冥卫二的第一张照片。因为冥卫二直径只有40km,所以照片像素显得模糊。不过,研究人员现在已经可以衡量它的形状了,而过去这是无法做到的。
另外,通过“新视野”,科学家已证实有氮气从冥王星大气层逃逸,且逃逸的速度超过预计。
……
可以预计,随着“新视野”数据的陆续传回,人们对冥王星以及太阳系边缘将有更多新的认识。
7月17日,NASA发布了冥卫一新照,特写了冥卫一位于北半球的局部地区。照片显示,北半球有一座高山位于盆地当中,其下方还有一些大大小小的陨石坑
(1)贝拉克·奥巴马:这是伟大的一天
奥巴马总统在推特上向NASA表示祝贺:“人类首次访问冥王星,感谢NASA,对于探索和发现以及美国的领导地位,这是伟大的一天。”
(2)美国行星协会主席:纳税人只需要每15年贡献一杯咖啡的费用
美国行星协会主席比尔·奈在接受华盛邮报的采访时表示,“新视野”项目15年耗资不到10亿美元。如果你是纳税人,你只需要每15年贡献一杯咖啡的费用,而你所获得的将是这个神奇星球的图像。奈认为,NASA是美国最好的名片。在探索太空的道路中,NASA已经做出了表率。
(3)NASA:从太空梦想到商业价值
到达我们难以想象的未知世界,实现以前我们从不可能实现的事情,从而使人类的视野更加广阔,生命更加磅礴,就是NASA所做的所有事情的核心。
NASA和其勇往直前探索精神的存在意义,绝不仅仅是满足人类认识太空的好奇心,而是构建了从铸就梦想到实现价值的整个过程,而这个过程才是人类实现自身发展、改变整个世界和创造全新未来的根本驱动力。
(4)史蒂芬·霍金∶ 太阳系已经向我们进一步打开
英国著名物理学家史蒂芬·霍金在接受BBC采访时,对NASA“新视野”团队长达10年、具有开拓性的冥王星探索任务表示祝贺,他说:“在距离地球数十亿英里,这个小航天器首次向我们展示了神秘的冥王星,在我们太阳系的边缘存在着一个遥远的冰雪世界。这距离水手-4(Mariner-4)探测器第一次成功飞越火星,发回21幅火星图像,已经整整50年了。现在,太阳系将进一步向我们打开,露出遥远冥王星的秘密。‘新视野’将帮助我们更好地认识太阳系的形成。我们在探索,因为我们是人类,我们想知道。我希望冥王星将帮助我们完成这一探索旅程。我将密切关注,我希望你会关注。”
不知是否受到“新视野”项目成功的鼓舞,7月20日,霍金启动了人类历史上规模最大的外星智慧生命的搜索行动。该行动将通过扫描宇宙的方式进行搜寻,将历时10年,耗费1亿美金。
奥巴马总统在推特上的祝贺
英国物理学家霍金:我们在探索,因为我们是人类,我们想知道。
2015年7月14日,美国霍普金斯大学应用物理实验室科学家庆祝“新视野”成功飞越冥王星
(5)“新视野”首席科学家艾伦·斯特恩:人类探索太阳系的巅峰时刻
为“新视野”坚持了25年的项目首席科学家艾伦·斯特恩在接受《科学美国人》的采访时说:“不论‘新视野’发现了什么,都将成为行星际探索的里程碑。‘新视野’将重新定义人类对太阳系的探索边界,这是人类探索太阳系的巅峰时刻。”
(6)天文学家:引发冥王星重返行星行列的争论
美国科学家古莱姆·罗布奇恩提出,如果探测确认冥王星存在地下海洋,这意味着它存在地质活动,是支持冥王星重新被分类为行星的重要证据。
“新视野”项目首席科学家斯特恩曾说过,把冥王星踢出行星队伍是天文学家干的,而不是行星科学家。在他心目中冥王星一直是一颗行星。在他看来,冥王星与太阳系八大行星有着太多的相似,比如大气、地形、季节的变化等。但不少天文专家认为,这次探测不太可能给出冥王星是行星的支持性证据,有专家表示,对冥王星大小的不同测量结果,属于不同观测手段产生的合理误差。“新视野”的测量结果无疑更准确,但不会对现有理论体系提出任何挑战。而且从行星的定义看,冥王星被踢出行星队伍,不是因为个头大小,也不是地质活动,自然不会因此再次调整它的身份。
(7)BBC:发现即是回报!
人类长途跋涉到太阳系的边缘,所获得的回报就是可以对太阳系外层行星的世界投去惊人一瞥。当第一次见到冰雪覆盖的冥王星和广阔峡谷的冥卫一卡戎时,大家都屏住了呼吸。“新视野”所获得的图像放飞了人类的想象力。对于“何必呢?”这个简单的问题,最简单回答就是:发现即是回报!
(8)美国地方媒体(The week.com):爱国主义是这段时间反复出现的主题
“新视野”团队赢得了掌声……过去的一周无疑是属于“美国周”!爱国主义是这周反复出现的主题。那天清晨,在“新视野”飞越冥王星的那一刻,拥挤的人群在约翰-霍普金斯大学的应用物理实验室自发地欢呼“USA!USA!”在那一刻,美国实现了人类历史上的一个惊人的里程碑:人类完成了对古老的太阳系中全部行星的探测,而对每颗行星的首次成功探索都是由美国制造的航天器完成的!
1)“新视野”是科学与工程创新结合的一个范例。“新视野”任务目标对准冥王星及其卫星,以及柯伊伯带天体,具有很强的科学探索性;而冥王星远离太阳和地球,工程上又必须应用许多新技术,如长寿命技术、核能发电机技术、超远距离通信技术等。“新视野”任务已取得的成果证实了其是科学与工程创新结合的一个典范。
2)灵活的体制机制和创新文化是“新视野”任务成功的重要因素。“新视野”任务由NASA喷气推进实验室和约翰-霍普金斯大学的应用物理实验室负责,NASA喷气推进实验室在行政上仍属加州理工学院。两个机构既有私立大学的灵活和高效,又得到NASA的任务和经费保证。他们采用项目经理和首席科学家的双重管理模式,使科学与工程实现了“双螺旋”式的结合,特别是在太空探索项目中的创新精神,更值得中国航天界学习。
3)“新视野”是动员大众参与太空探索的一个范例。在“新视野”的任务实施中,NASA任务团队为了争取民众支持,在2005年发起了一个问候冥王星的征集活动,共有43万人参与。他们设立了一个网页,网民通过这个网页就可以将自己的名字输入电子卡片内,让自己的问候与“新视野”一起飞向柯伊伯带。
4)寻求某一领域的“首创”,通过任务设计和技术的双创新实现空间探测领域的跨越式发展。NASA的深空探索规划按任务规模分为大中小三类,并通过公开征集和竞标的方式选择任务方案。“新视野”项目最终能够脱颖而出,正是其探测目标具有创新性以及其技术和科学载荷的先进性,能够带来创新的科学回报。
5)尽早制定空间探测中长期发展战略,以建设航天强国为目标,开展有中国特色的空间探测活动。空间探测是需要长期发展的综合性系统工程,任务周期长、探测目标众多、任务形式多样,面临各种新型复杂技术的挑战。美国等主要航天国家都极为重视技术储备,采取超前布局、提前攻关的发展策略。“新视野”从提出方案到任务成功实施,历时15年,正是基于NASA大量的技术储备和前期任务获得的运行经验,超前谋划,提早攻关,保障了任务的成功。
“新视野”成功飞越冥王星