拉丁美洲通过在 30 天内到达木星寻求其在太空中的财富经过@monimissioncontrol
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拉丁美洲通过在 30 天内到达木星寻求其在太空中的财富

2022/06/15
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JOVE 是一项新颖的太阳能任务,它将利用太阳风的动量、速度和方向作为推进力,在 30 天内到达木星系统。 JOVE 是由美国和拉丁美洲(厄瓜多尔和哥斯达黎加)的跨学科科学家和工程师团队提出的。

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前西班牙时代的美国在古代天文学中产生了复杂的理论。玛雅人、阿兹特克人和印加人拥有表格、日历和极其精确的系统来描述和确定行星、恒星、天体和星座的运动。即使是早于所有三个古代帝国的奥尔梅克人,也留下了一些文物,让一位和许多考古学家对他们对恒星的精确知识感到困惑。今天,现代科学家和工程师仍然对美洲古代帝国的建筑和技术壮举感到困惑,这反映了前所未有的天文精度。

尽管来自三个强大的前西班牙帝国的丰富的文化、天文和工程遗产证明了整个地区的创造性成就,但拉丁美洲只有少数科学家和工程师参与了近地轨道以外的现代太空任务。

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 Time Machine (2017). Marco Vargas.

这个故事是关于可以追溯到几千年的拉丁美洲大火的重新燃起。这个故事是关于那些敢于部署小型无推进剂任务以在更短的时间内到达木星的人。目前,任何往返木星的旅程都需要数年时间,并且需要更多的财力和预算,因此在没有推进剂的情况下快速到达木星的成功可能会改变我们对以一小部分成本在太阳系中远距离旅行意味着什么的理解.

JOVE:开创性的无推进剂任务

木星观测速度实验 (JOVE)是一项新颖的太阳能任务,它将利用太阳风的动量、速度和方向作为推进力,在 30 天内到达木星系统。太阳风是太阳连续发射的等离子体和电离(带电)气体的激增,它们的强度、密度和成分各不相同,但始终存在于整个太阳系中。

JOVE 是由美国和拉丁美洲(厄瓜多尔和哥斯达黎加)的跨学科科学家和工程师团队提出的。他们组成了美国航空航天研究所 (AIAA) 核未来飞行推进委员会的实用行星际推进小组。

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 JOVE rendering. Image credits: B. Freeze, J. Greason, R. Nader et al.

JOVE 将采用紧凑的 16U 微型卫星架构设计,其中包括两个直径为 9 米的高温超导线圈。这些线圈负责接合“Wind Rider”推进系统。 Wind Rider 系统已在地面上进行了实验演示。对于该任务,航天器将使用超导线圈产生一个大的旋转磁场(RMF),该磁场与太阳风相互作用以产生推力,并与木星的致密磁层相互作用以减速。

JOVE 的大部分硬件将由厄瓜多尔民用航天局 (EXA)建造,该机构在为 Cubesat 市场设计功能强大且紧凑的硬件方面拥有丰富的经验,包括 用于 Cubesat 的最高能量密度电池之一(350Whr)。这种类型的电池将操作遥测信标来测量和传输数据。此外,小型科学有效载荷将包括加州大学伯克利分校开发的 SPAN-Ai 传感器,用于研究太阳风的速度和木星磁层中的密集等离子体。它还将包括一个后视摄像头来捕捉木星。

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 JOVE's schematics. Image credits: B. Freeze, J. Greason, R. Nader et al.

JOVE 的发射必须在 2023 年 11 月 2 日或 2024 年 12 月 7 日木星直接与太阳相对时进行,以在没有重力弹弓(重力辅助)的情况下与 Wind Rider 推进系统接合。之后,JOVE 可以通过传统的火箭发射器被部署到顺月轨道或太阳侧 60 - 90K 公里的远地点。进入太空后,JOVE 会激活两个线圈内的 RMF,并展开太阳能电池板阵列和遮阳板(以在一定距离内保护线圈)。该团队预计 JOVE 的 Wind Rider 能够将航天器加速到接近 300 km s-1 的速度。

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 JOVE rendering. Image credits: B. Freeze, J. Greason, R. Nader et al.

罗尼纳德

成为航天物种没有捷径可走。推进太空推进是成为多行星的核心。根据指挥官罗尼·纳德(Ronnie Nader)的说法,我们需要开始建造和测试实用的推进系统,这些系统可以在更短的时间内以更低的成本将我们带到外行星。纳德指挥官是厄瓜多尔第一位也是唯一一位宇航员,也是现代历史上第一位在厄瓜多尔空军 (FAE) 的支持下在 GCTC( ASA/T 学位 - 高级亚轨道宇航员训练)完成宇航员训练的平民。 2007 年接受培训后,他创立了厄瓜多尔民用航天局 (EXA),总部位于瓜亚基尔,并担任其空间运营总监。 Nader 在美国航空航天学会 (AIAA)、国际宇航联合会 (IAF) 空间安全委员会和国际宇航科学院等机构拥有多个高级会员资格。

2019 年,纳德在 AIAA 核与未来推进委员会创建了实用行星际推进工作组,以开发具有现实时间框架的先进推进系统。纳德的灵感源于他在拉丁美洲的专业和创业经历。如果没有数百万美元的预算和用于太空高级科学追求的基础设施,纳德必须在可用的东西上足智多谋和创造性。

纳德在 COVID-19 大流行的高峰期招募了实用行星际推进小组的其他成员。他们开始研究不同的概念并遵循特定的规则。该小组的规则可以总结如下:任何革命性的概念都必须经过数学证明,并建立在已经在地面和太空模拟、制造或测试的先例之上。但是,更重要的是,该小组必须使用经过验证的现代物理学定律。

“重要的是要指出行星不会生长。人口确实如此,”纳德说。 “此外,地球上生产的一切都是人类野心的极限。但这不一定是真的。太阳系的财富可能会改变我们的生活方式,从单行星经济转变为多行星经济。这些财富可以重新定义贫困的概念,直到它变得过时,但前提是我们能够达到它。实际上,太空业务目前面临的挑战是任何往返都需要十年时间。我们需要让它负担得起,以便有可能为它提供资金。那么,作为一个即将完全占据生态位的成长中的物种,我们为什么不考虑一下太阳系中的宝藏触手可及呢?单一矿物可能会极大地影响拉丁美洲的经济发展。”

纳德指出了显而易见的事实。企业可能会很快倒闭而没有任何利润。即使对于最开明的投资者、企业家和潜在客户来说,多行星经济中隐含的长期思维方式可能仍然遥不可及。 JOVE 在太空中的测试将成为团队寻求将对话从深空重新定义为奢侈品到深空作为日益消耗能源的文明的必需品的垫脚石。这种重构将需要调整这样一种观念,即只有传统的太空机构和资金充足的大型公司才能在近地轨道之外部署复杂的科学任务。

对于拥有丰富有限自然资源和珍贵矿物(包括锂和盐等)的拉丁美洲地区来说,以可承受的价格冒险进入广阔地区的机会似乎很容易出售。然而不幸的是,情况并非如此。

“火箭一直被认为是星际旅行的默认解决方案。然而,纵观人类的太空历史,许多技术和工程决策都具有与其相关的政治内涵或利益,而牺牲了实用性。我们希望保持对最初预期的工程和科学设计的忠诚,并有选择保持独立的自由。”

该团队希望用私营部门的资金资助 JOVE 的推出。

海梅·贾拉米洛

对于 Jaime Jaramillo 来说,使拉丁美洲的行星际科学任务切实可行至关重要。 Jaramillo 是EXA的空间运营副主任,以及基地位于基多的量子航空航天研究所 - QAS的首席执行官。

“很荣幸在这个小组工作,专门研究太阳系的实用推进系统。考虑一下我们如何能够更快地开展采矿勘探任务,将矿物带回地球。对于该地区想要投资的任何人来说,这都是一项伟大的业务。”

Jaramillo 已经见证了通过 JOVE 工作来传递知识的价值。

“目前,深空电信仅由与已建立的空间机构相关的几个系统带头,例如美国宇航局的深空网络(DSN)和近空网络(Near Space Network)。但是在这些系统中的预订和调度,传统上只服务于少数任务,由于它们不能很好地扩展,所以会带来后勤方面的噩梦。预订插槽的等待时间通常会转化为数十年。因此,行星际旅行的实际应用意味着我们必须开始在独立于这些大型和已建立系统的地面系统上独立工作。这是我们通过 JOVE 的设计已经学到的东西,因为在 EXA,当我们参与其中时,我们会一路走下去。吸取的经验教训已经对未来有用,使我们对这一使命的关注意义重大。”

阿道夫·查韦斯·希门尼斯

Adolfo Chaves Jiménez 是哥斯达黎加的空间系统工程师、教授和研究员,是 JOVE 导航团队的一员——这是一个重要且具有挑战性的任务组成部分。航天器的方向直接而深刻地影响其动力学、导航和控制。如果没有推进剂,JOVE 将在太阳风的变化参数下高速航行,这使得 JOVE 的机动性特别难以预料。生成实用导航所需的许多参数只有在任务启动时才能知道。

Chaves 在航天器定向和轨道动力学方面拥有专业知识。尽管存在未知数,但作为导航团队的一员,他的职责是开发和监控将确定整个任务方向的机载传感器和轨道任务软件,以确保 JOVE 到达其最终目的地。

“从概念和技术的角度来看,我们必须解决很多问题,”查韦斯解释说。 “但我们正在使用已经存在的经过验证的原则和系统来应用有效的设计思维并对其进行测试。”

对于 Chaves 来说,互联网以及计算、软件和模拟方面的进步已经改变了太空专业人员协作和接受培训的方式。接近不再是与他人有效合作的障碍。

“我相信高级太空任务的技能和能力在全球范围内平均分布。 JOVE 表明,拉丁美洲的许多专业人士拥有与其他地区相同水平的竞争专业知识。事实上,鉴于预算和基础设施的使用限制,拉丁美洲的许多人解决问题需要具有高度的创造性和极其实用的能力。所以在设计和创意上有很大的空间,因为这种高效的设计是针对某些特定方面的,并且不会像只为航天机构或某些地方工作那样受到您的国籍的阻碍。 ”

查韦斯谈到了一个根深蒂固的文化和金融障碍,它阻碍了空间科学和研究在该地区的蓬勃发展。根据查韦斯的说法,这个障碍的一部分与与更成熟的航天国家相比,装备不足或准备不足的感觉有关。然而,鉴于当时可用的工具和设备,有时与美国的工具和设备并驾齐驱, 阿根廷巴西的历史表明,有远见的科学家和工程师如何在 1950 年代初期率先取得重大进展。

“我相信探索是人类与生俱来的。致力于缩短行星之间的距离并影响人类对进入太阳系的理解是一个梦想成真。对我来说,这个领域一直是一个示范测试,反映了一个社会在特定时期的发展。在拉丁美洲,我们可以与工业化国家的其他人处于同一水平,因为我们可以非常有创造力,并且可以做创新的事情,而不仅仅是解决漂亮的技术问题。”

关键要点:敢于大胆计划

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 Time Machine (2017). Marco Vargas.

我注意到,尽管该地区的空间足迹仍然受到融资孤岛的影响,但人才缺乏不是问题。 Nader、Jaramillo 和 Chaves 一直在开展多项区域努力,以使空间研究和开发变得可及。我已经写过他们计划在太空中发射一个全拉丁美洲亚轨道飞行机组( LATCOSMOS-C )和一个量子网络

包括 Nader 等人在内的 JOVE 团队以及美国公认的研究人员将具有独特的优势,可以利用他们的专业知识和更广泛的网络来实现这一使命。每个人都可以梦想,但只有敢于实现的人才会执行他们的计划。

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来自厄瓜多尔圣多明各省的艺术家Marco Vargas已经设计了七年多。受人工智能、机器学习和已知宇宙的奥秘和新颖性的启发,巴尔加斯创作了短片动画《时间机器》(Time Machine,2017)

“看到艺术和技术如何齐头并进,真是令人敬畏,”巴尔加斯说。 “艺术提供了一种对未来的破坏性和预言性的愿景,同时可能预测无数可能的场景,在这些场景中,科学和技术是艺术家所写或描绘的现实的一部分。我希望看到拉丁美洲的空间和技术领域发生革命,以便该地区更多地参与提议、开发和创造有助于加速增长并为这个不断发展的行业增加价值的技术资产。”

全面披露:在本文发表时(2022 年 6 月),我在本文讨论的公司或项目中没有任何既得经济利益。我不接受会影响我对文章的研究的联盟营销优惠或付费代言。

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