Author: Gotthew

最近，美国航空航天局（NASA）已经与位于科罗拉多州博尔德市的高级航天公司（Advanced Space）签订了一份价值1,370万美元（约9770万人民币）的商业合同，用于开发和运行一项月球轨道立方体卫星（CubeSat）任务，其运行轨道将与“门户”（Gateway）相同。“门户”是一个轨道前哨站，在NASA阿尔忒弥斯计划（Artemis program）的登录系统降落月球表面之前，宇航员将会首先访问“门户”。 月地空间自主定位系统技术操作与导航实验（Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment，CAPSTONE）有望成为首个在月球周围的近直线晕轮轨道（near rectilinear halo orbit，NRHO）中运行的航天器。在这个独特的轨道中，立方体卫星将随月球的自转绕月运行，同时和月球一起绕地球运行，运行期间，立方体卫星距离月球表面最近为1,000英里（约1600千米），最远为43,500英里（约70000千米）。 近直线晕轮轨道（NRHO）是一种围绕月球的高椭圆轨道（Highly Elliptical Orbit），利用了地球和月球引力中精确的平衡位置，创造出了非常适合像“门户”这种长期任务的轨道稳定性。 图片来源：高级航天公司 这项探路者般的任务代表着一次快速绕月飞行演示，最早可于2020年12月发射。CAPSTONE将演示进入近直线晕轮轨道并正常在轨运行的方式，同时还将测试新导航的性能。这些信息将有助于减少“门户”的后勤不确定性，因为NASA与国际合作伙伴正在努力确保登月的安全性，即宇航员能够安全地到达月球表面。除此之外，这项任务还将提供科学技术的示范平台。 “这是一次激动人心的合作机会，NASA将与几家美国小型企业一同进军月球，并以此作为阿尔忒弥斯计划的开路先锋，推进近地轨道之外人类的持续探索任务，”NASA空间技术任务部的副部长吉姆•路特（Jim Reuter）说道，“无论是在成本上还是在进度上，这项任务都雄心勃勃，因为它将会带来月地空间导航技术的飞速发展、验证轨道轨迹假设，以及给未来的任务排除未知疑虑的新机会。因此，慎重考虑并承担其中的风险也是该任务的目标之一。” 立方体卫星是一类使用标准尺寸和形状因子的纳米卫星（nanosatellite），12个单位（12-unit）的立方体卫星大约只有一个小型微波炉那么大。立方体卫星上的通信系统能够确定CAPSTONE与NASA月球勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO）之间的相对距离，以及两个航天器之间距离变化的速度。航天器与航天器之间的信息将用于测试自主导航软件，让未来任务的导航不再受限于来自地球的位置追踪。 月地空间自主定位系统技术操作与导航实验（CAPSTONE）的示意图 图片来源：泰瓦克纳米卫星系统公司 [rml_read_more] CAPSTONE将给NASA和其他的合作伙伴带来重要的信息，进一步支持人类对月球和火星的探索，这些信息将来自： •航天器与航天器之间导航服务的演示 •未来航天器近直线晕轮轨道特性的证实 •进入轨道后能高效进行月球转移的经验 •共享发射或小型登月专用发射的经验 •商业方面的经验，能为地球轨道之外的立方体卫星提供任务计划和运营支持服务 •在地球轨道之外对立方体卫星任务的快速商业交付 “ CAPSTONE的体型虽小，但功能超凡，” 高级航天公司的首席执行官布拉德利•切特汉姆（Bradley Cheetham）说道，“CAPSTONE将不仅是阿尔忒弥斯计划的探路先锋，它还会展示出支持探索的关键商业功能。我们的团队将率先利用最为先进的工具，来进行任务的规划和运行，让未来前往月球、火星和乃至整个太阳系的探索任务数量更上一层楼。” CAPSTONE任务有多种不同的发射选择，其中一种是作为主要载荷搭乘小型航天器运载火箭进行发射。发射后，CAPSTONE大约需要3个月的时间进入目标轨道，并开始为期6个月的初步演示阶段，目的是测试这种独特轨道运行方式的实际情况。 通过第III阶段小型企业创新研究（Small Business Innovation Research，SBIR）的合同（早期SBIR奖金的后续合同），高级航天公司获得了本次任务研究和开发的资金。CAPSTONE自主定位与导航系统实验的开发就是在早期SBIR早期奖项中完成的。 CAPSTONE的研发团队包括位于科罗拉多州博尔德市的高级航天公司（Advanced Space），以及位于加利福尼亚州欧文市的泰瓦克纳米卫星系统公司（Tyvak Nano-Satellite Systems）；该项目由NASA空间技术任务部的小型航天器技术（Small Spacecraft Technology，SST）计划负责管理。SST的总部位于加利福尼亚州硅谷的NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center），通过对小型航天器在空间探索、科学和商业航天领域适用能力的快速开发和技术演示，SST极大地扩展了美国执行独特空间任务的能力。NASA人类探索与运营任务部（Human Exploration and Operations Mission Directorate）的高级探索系统（Advanced Exploration Systems，AES）将为任务的发射和运营支持提供资金。AES参与的内容侧重于高级设计、开发以及探索能力，以降低安全风险、降低生命周期成本，并进一步验证未来人类任务的操作概念。 参考链接： [1]https://www.nasa.gov/press-release/nasa-funds-cubesat-pathfinder-mission-to-unique-lunar-orbit [2]https://www.nasa.gov/content/what-are-smallsats-and-cubesats  

黑洞的最新可视化展示了黑洞的重力如何扭曲我们的视线及其周围的环境，就像在哈哈镜中看到的那样。可视化效果模拟了黑洞的外观：落入黑洞的物质积聚在一个又薄又热的结构中，称为吸积盘（accretion disk）。 随着磁场在气体的搅动中缠绕并扭曲，明亮的“结点”不断在吸积盘中形成并消散。最靠近黑洞的位置气体以接近光速运转，而外部速度更慢。这种速度差拉伸并剪切了这些明亮的“结点”，在吸积盘中产生了或明或暗的路线。 从侧面看，在黑洞周围的气体湍流呈现出神奇的双峰状外观。黑洞的极端重力会改变来自吸积盘不同部分的光的路径，从而产生这般扭曲的图像。侧视时扭曲的程度最大。 Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman 这张图注释了黑洞可视化中的各个部分。 Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman 从侧面看，吸积盘的左边看起来比右边更亮。这是因为左侧的发光气体在快速向我们移动，所以相对论使其亮度提高；右侧则相反，因为这一侧的气体离我们越来越远，所以看起来略微变暗。如果我们从吸积盘正上方看，这种不对称性便会消失，因为从该角度，我们的视线上没有物质移动。 靠近黑洞的地方，引力的效应如此之强，以至于吸积盘底面的光被弯曲到上面，看起来像勾勒黑洞轮廓的光环。这个所谓的“光子环”（photon ring）实际上由多个环组成，这些环绕黑洞两次、三次、甚至更多次，光环逐渐变暗变细，到后来逃离我们的“眼睛”。因为在这个可视化中建模的黑洞是球形的，光子环从任何角度看起来几乎是相同的圆形。光子环内部是黑洞的阴影，面积大约是事件视界（event horizon，“有去无回”的边界，即使是光也逃不出来）的两倍大小。 “爱因斯坦说过‘重力扭曲时空结构’，这样的模拟确实帮助我们了解了其中表达的含义，”这些图像的作者Jeremy Schnittman解释道，“在此之前，黑洞的可视化还受我们的想象力和计算机程序限制。我从来没有想过有可能看到一个真正的黑洞。” 在4月10日，通过对M87星系中心的无线电观测，事件视界望远镜（Event Horizon Telescope）团队发布了黑洞阴影的第一张图像。 参考 [1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-visualization-shows-a-black-hole-s-warped-world/ [2]https://svs.gsfc.nasa.gov/13326