作者:李木子 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/10 20:42:13
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立方体卫星不是玩具
“微型卫星”的科学成果可以带来巨大影响

 

                         立方体卫星                                                                     图片来源:NASA

两颗卫星在地球上空数百公里的轨道上运行,每颗卫星大小相当于半块面包,它们用于测量光速电子的爆发,这些电子有时会像雨点一样进入大气层。2015年,当研究人员首次将它们发射升空时,曾希望这些微型卫星能够在发生故障前持续运行3个月。7年多过去了,它们仍然在传输关于电子爆发的变化和位置的信息。该团队已经发表了19篇论文,展示这项耗资120万美元的任务——“火鸟2号”。

“火鸟2号”和类似任务的成功正在改变科学家研究空间天气的方式,这是一个与带电太阳粒子的活动及其对地球影响有关的空间物理领域。根据最近一项研究,与美国国家航空航天局(NASA)的大型任务相比,使用微型卫星会赚得更多——每一美元产生的出版物数量是前者的4倍多。“立方体卫星不是玩具。”西南研究所的太阳天体物理学家、该研究的作者之一Amir Caspi说,“立方体卫星是真正的科学载体,可以实现真正的科学。”

和预制房屋一样,立方体卫星也使用模块化建造而成。其成本之所以低,是因为许多组件都已标准化,而且这种轻型卫星可以与更大的任务“共乘”在火箭上。由于成本低,研究人员可以承担更多风险,使用廉价的消费级电子产品,而不是专业零件。不过,许多科学家至今仍认为它们不过是供学生玩耍的小玩意儿。

新罕布什尔大学的太阳物理学家Harlan Spence和同事想要量化立方体卫星的科学价值。他们检查了“火鸟2号”和其他4个空间气象立方体卫星任务的科学成果,每个任务的成本在120万~130万美元之间,平均重量为3公斤。他们将立方体卫星的输出与NASA的5个更大的任务进行了比较,后者的成本在7200万~15亿美元之间,重达数百或数千公斤。

不出所料,自发射以来,大型任务每年产生的科学出版物要多得多,将近86篇,而立方体卫星每年大约出版两篇。但是,研究人员在6月7日发布在arXiv上的预印本中报告称,当将科学产出与任务成本进行比较时,立方体卫星排在首位,自发射以来,每花费100万美元每年能发表1.6篇论文,而大型任务每年发表0.4篇,该预印本现已被《太空天气杂志》接受。例如,“火鸟2号”每年每花费100万美元就出版2.2本出版物。NASA耗资6亿美元的范·艾伦探测器任务(VAP)也研究了空间天气,每年每百万美元产生0.1份出版物。

研究人员还试图通过比较发表论文的期刊的影响因子和每份期刊的论文发表数量来计算发表研究的水平。5个立方体卫星任务计算出的平均影响因子为3.8,而5个较大的任务的平均影响因子为4。

作者们认为立方体卫星在预测太空天气方面发挥着至关重要且具有成本效益的作用,太空天气可能会导致断电、干扰GPS系统,并使飞机上的卫星暴露在有害的辐射水平下。NASA戈达德航天飞行中心的天体物理学家Eftyhia Zesta说,立方体卫星有助于研究人员精确定位辐射带中发生的电子活动的运动模式,就像气象站预测地球上的模式一样。

但哈佛—史密森天体物理中心的天体物理学家Jonathan McDowell表示,立方体卫星有其科学局限性,“有很多调查需要大型旗舰卫星,立方体卫星不能解决这个问题”。

Zesta也指出,这项研究强调了由美国国家科学基金会资助的大学建造的立方体卫星,而且很可能没有将参与该项目的研究生的全部工程工资作为任务总成本的一部分。在Zesta看来,排除研究生的劳动不仅造成了不平等的比较,也给人一种不准确的印象,即立方体卫星只需要几百万美元就能造出来。

此外,这项研究还只选择了成功、多产的立方体卫星任务进行分析。Caspi承认,超过一半的立方体卫星任务未能发射和传输可用数据,只有约25%的任务产生的数据与研究中所述的任务相当。Spence觉得,立方体卫星仍有改进空间。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.348.6231.172

 
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