航空学

Credit：NASA 2020年，美国国家航空航天局（NASA）在月球到火星探测战略方面取得了重大进展，实现了阿尔忒弥斯（Artemis）计划的任务目标，取得了能够造福于人类的重大科学进步，并恢复了美国本土的载人航天发射能力。与此同时，NASA的专门小组迅速采取了行动，协助国家抗击新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情。 NASA局长吉姆·布里登斯廷（Jim Bridenstine）表示：“NASA在疫情期间表现出的韧性和毅力给全国人民留下了深刻印象。我们与美国商业伙伴一起创造了历史，作出了开创性的发现，推动了科学进步，进一步深化了航空研究和技术研发，甚至还参与了抗击COVID-19疫情的斗争。我们度过了充满挑战的一年，取得了令人难以置信的成就，并为持续的成功开辟了道路。” NASA对美国联邦政府应对COVID-19疫情的援助包括研发AMBUSTat表面净化系统，NASA工程师们在短短37天内研制出VITAL呼吸机，以及用于治疗COVID-19患者的Aerospace Valley正压头盔。 2020年，宇航员自2011年以来首次从美国本土发射至国际空间站，这也是有史以来宇航员首次乘坐美国商用航天器发射升空。2020年是人类持续驻留空间站的第20年，载人“龙”飞船完成飞行后返回美国海岸，使开展更多的载人月球探测关键科学研究成为可能。 NASA推进了阿尔忒弥斯计划下的无人（机器人）和载人探月计划，2021年的第一批两部机器人探测器交付工作正在进行中，任命了阿尔忒弥斯任务宇航员，并明确了阿尔忒弥斯3号（Artemis III）任务的科学优先事项和活动，该任务将于 2024年将首位女性宇航员和下一位男性宇航员送上月球表面。 机器人无人探测和载人探测携手共进，前者将引领更智能、更安全的载人探测任务。NASA于2020年7月发射了火星2020（Mars 2020）“毅力号”（Perseverance）火星车任务，目前距离目的地仅剩不到一半的行程。借助太阳系之眼（Eyes on the Solar System，简称EOTSS）应用程序，可对火星车进行实时跟踪。 NASA与8个伙伴国家签署了《阿尔忒弥斯协定》（Artemis Accords），在巩固太空探索国际合作方面迈出了重要的一步。该协定遵照《外层空间条约》（Outer Space Treaty）和其他国际协议，以建立一套原则用于指导参与NASA探月计划的国家间合作，例如全面、及时、公开发布科学数据。通过承诺遵守《阿尔忒弥斯协定》的原则，NASA及其合作伙伴将帮助确保人类在太空领域享有和平与繁荣的未来。 NASA首次发射的冥王号（Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer，太阳系起源、光谱解析、资源识别、安全保障、小行星风化层探索者，OSIRIS-REx）探测器于2020年10月20日触到了小行星贝努（Bennu），并采集了样本。这些样本将于2023年返回地球。 詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）是NASA即将发射的下一台太空望远镜，在2021年发射升空方面取得了一定进展，发射目标定暂定于2021年10月31日。 在太空发射系统的级间部分可以看到NASA“蠕虫”标志。 图片来源：NASA 从月球到火星 在接下来的十年中，NASA将发送新的科学仪器和技术演示来研究月球，从2024年起将宇航员送至月球表面，此后每年大约进行一次载人登月任务，并将与其商业和国际合作伙伴共同建立可持续的月球探测。2020年，NASA完成的工作包括： 2020年1月初，太空发射系统（SLS）火箭的核心级从位于新奥尔良的NASA米乔德组装厂（Michoud Assembly Facility）被运输至位于密西西比州圣路易斯湾附近的NASA斯坦尼斯航天中心（Stennis Space Center），工程师们在那里进行整体整合测试（Green Run test）。 完成一系列结构测试，以评估SLS火箭的上面级和四个核心级结构，还订购了额外的18台RS-25发动机和火箭助推器，继续为阿尔忒弥斯2号任务和3号任务（Artemis II和III）制造火箭，并为未来SLS发射任务完成了一次助推器的点火测试。 完成对肯尼迪航天中心发射台39B的升级和改装，为进行阿尔忒弥斯任务做好准备。探索地面系统（Exploration Ground Systems）团队还对发射倒计时部分进行了模拟，通过模拟发射为加注过程做好准备，并开始为阿尔忒弥斯1号任务（Artemis I）发射组装火箭。 完成对猎户座（Orion）飞船严格的测试活动，安装了四个太阳能电池阵列机翼，并安装了三个航天器适配器抛弃式整流罩面板，为执行阿尔忒弥斯1号（Artemis I）任务的飞船安装了前舱盖，并为阿尔忒弥斯2号和3号任务（Artemis II和III）制造飞船。 完成一系列着陆器技术研究，为人类着陆系统（HLS）方案征集铺平了道路。NASA自此与三家公司：蓝色起源（Blue Origin Federation），Dynetics和美国太空探索技术公司（SpaceX）建立了合作伙伴关系，以推进其HLS设计工作这三家公司最近都通过了认证基准审查，确定了功能和性能要求。 在月球轨道上开发“门户”（Gateway）的计划实现了以下几个里程碑： NASA授予了诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）公司一份合同，用于建造“居住和后勤基地”（HALO），该基地将成为登月前哨基地的乘员居住舱。作为初始“门户”功能的基础，HALO将与“动力与推进元件”（PPE）一起发射升空。 “门户”发射时，将携带两台太空气象仪器，以帮助未来的载人任务预测空间气象。SpaceX作为第一家获得再补给合同的公司，将负责提供新的实验和其他补给。 NASA与国际合作伙伴就“门户”合作达成了三项预期协议中的两项，并预计将在一个月内完成第三项协议。根据10月敲定的协议，欧洲航天局（ESA）将构建一个大型居住舱、通信系统和加油舱。加拿大航天局（Canadian Space Agency，CSA）于11月签署了协议，将提供先进的机器人技术，包括下一代机械臂Canadarm3和用于有效载荷安装的机械臂接口。 为准备未来的载人探测任务，NASA完成了以下工作： 于2020年1月举办了新一批宇航员毕业典礼，迎接11名新成员加入宇航员团队。2020年12月，几名新宇航员被提名加入阿尔忒弥斯任务，成为18名任务成员中的一员。 通过#BeAnAstronaut项目宣布招募宇航员候选人，吸引了12000多人申请新一代阿尔忒弥斯宇航员。NASA将于2021年下半年选出最合格的候选人。 对空间站上三个不同任务时期的宇航员开展研究，并继续在美国和德国使用地面模拟方法来提供关于隔离和其他情况的数据。 阿尔忒弥斯计划的科学技术进展包括： 作为其商业月球有效载荷服务（CLPS）计划的一部分，NASA为拟定于2021年登陆月球的前两次商业月球交付项目分配了一套有效载荷，并向Masten Space Systems公司、Intuitive Machines公司和AstRobotic太空机器人公司授予了任务订单。 NASA及其合作伙伴研制优化了名为“PRIME-1”的钻机和测水有效载荷，这些工具将搭载在挥发物调查极地探索月球漫游车（Volatiles Investigating Polar Exploration Rover，VIPER）发射并于2022年送往月球。 继较早期的申明之后，NASA发布了关于“月球表面有效载荷和研究调查”（PRISM）的首次召集令，并于2020年12月初收集了反馈。 引入阿尔忒弥斯营地（Artemis Base Camp）概念，该概念要求NASA及其合作伙伴在月球上建立可持续的人类驻留所需的基础设施。 对有人和无人驾驶漫游车概念进行行业投入和推动。 NASA选择了四家公司从月球上收集少量月球月壤，并将其所有权转让给NASA，作为原位资源利用（in-situ resources utilization，ISRU）政府和社会资本合作伙伴关系的早期示范。 NASA概述了当前对月球的投资将如何为将来的探索做准备： 火星2020“毅力号”火星车在一次征文比赛中得名，它将寻找火星上远古生命的迹象并收集样本送回地球。 “毅力号”火星车携有许多关键的仪器和技术，包括一研究宇航服材料的实验，以及一种从二氧化碳中制造氧气的新方法。为在着陆期间采集数据，火星车上安置了专门的传感器，而一种称为“地形相对导航”（TRN）的自动领航技术将帮助火星车于2021年2月安全登陆火星。 火星车上还搭载了智能直升机（Ingenuity Helicopter），这将是首架尝试在另一个星球上进行受控飞行的飞机。 太阳系及更遥远的探测 技术人员正在对詹姆斯·韦伯太空望远镜的一个关键组件：可展开塔式组件（Deployable Tower Assembly）进行检查，该组件可以在太空一次性完全展开。 图片来源：诺斯罗普·格鲁曼 2020年，NASA还为望远镜重新命名了太空图标，通过望远镜帮助确认在月球新区域是否存在水。2020年的亮点包括： 詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）完成了一系列严格的环境测试，包括综合系统测试，地面部分测试以及最终的声学和正弦振动测试。 2020年是哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）在轨运行30周年，并在2020年继续取得突破性发现，例如系外行星“北落师门b”（Fomalhaut b）的消失，以及迄今为止关于一个中型黑洞的最佳证据。 天文学家利用凌星系外行星巡天卫星“苔丝”（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）和退役的斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）的数据，确认了第一颗围绕白矮星运行的行星。 在通过红外光研究宇宙超过16年之后，NASA斯皮策太空望远镜的任务于2020年1月结束。 科学家首次使用NASA的索菲亚平流层红外天文台（SOFIA），在月球光照面发现了水。 来自退役的开普勒太空望远镜（Kepler Space Telescope）的数据显示，大约一半的类日恒星可能在宜居带拥有岩质行星。 NASA的科学家通过计算机模拟展示了月球和地球曾经如何共享磁场。 广域红外巡天望远镜（Wide Field Infrared Survey Telescope）更名为南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），该名称来自NASA首位首席天文学家南希·格雷斯·罗曼。它将研究长期以来的天文学谜团，例如宇宙膨胀背后的力量，并搜寻太阳系以外的遥远行星。 来自150个国家和地区的15,000多名参与者参加了于2020年5月举行的太空应用程序COVID-19挑战赛（Space Apps COVID-19 Challenge）。2020年10月，来自世界各地的26,000多名参与者参加了线上太空应用挑战赛。 在太阳物理学方面，NASA与欧洲航天局（ESA）联合发射了太阳轨道飞行器（Solar…