太空問答？

太空與地球的邊界線在哪兒？

通常我們用一個叫做“卡門線”（Kármán line）的位置來界定太空邊界?！翱ㄩT線”的海拔高度——也即是高于地球海平面的高度——是100公里。卡門經(jīng)過精算，認(rèn)為高于這個高度的空氣太稀薄，要支撐航空飛行的氣動升力需要速度達(dá)到軌道速度。換言之，到了“卡門線”附近，飛行器已經(jīng)需要以軌道速度繞著地球飛了，那和沒有空氣沒多大區(qū)別。我們就認(rèn)為這里沒空氣了，是“太空”了。

不過，公式算出來不是正好100公里，根據(jù)條件和參數(shù)取的不同結(jié)果也會變化。但100這個數(shù)字好記，國際會議上科學(xué)家們把100公里這個整數(shù)推薦給了國際航空聯(lián)合會，后來得到廣泛認(rèn)同。

什么是太空垃圾的“凱斯勒現(xiàn)象”？

報廢衛(wèi)星、航天器脫離的零件、剝落的碎片等，在我們地球周圍生成了好多大大小小的太空垃圾。1978年，美國宇航局科學(xué)家唐納德·凱斯勒（Donald J.Kessler）發(fā)表論文，認(rèn)為在2000年，地球近地軌道的空間碎片數(shù)量就會足夠的大，也就是說在空間中的密度足夠高，彼此之間不可避免地會發(fā)生隨機(jī)碰撞。而這些隨機(jī)碰撞將會產(chǎn)生更多的碎片，繼續(xù)產(chǎn)生更多的碰撞。

凱斯勒的文章發(fā)表后受到重視，美國宇航局很快成立了軌道碎片項目組，并讓凱斯勒負(fù)責(zé)研究這個問題，軌道碎片數(shù)量大爆發(fā)的預(yù)測也隨之改變。

地面追蹤和監(jiān)控衛(wèi)星的過程是怎樣的？

地面站想要與衛(wèi)星實現(xiàn)可靠通信（保持通信連接狀態(tài)），需要對衛(wèi)星進(jìn)行捕獲（Acquisiton）、指向（Pointing）及跟蹤（Tracking），這樣的技術(shù)也因此簡稱APT技術(shù)。

一般來說，捕獲，指的是衛(wèi)星能捕捉到地面站發(fā)來的光束（稱之為信標(biāo)光），并將該光束會聚到探測器中心；指向，指的是前一步捕獲完成后，接收方也要發(fā)出一束光，且要求該光束能準(zhǔn)確地指向發(fā)出信標(biāo)光的位置，地面站完成捕獲才實現(xiàn)二者的通信連接狀態(tài)；跟蹤，指的是經(jīng)過天線轉(zhuǎn)動等調(diào)整，一直保持這種精確的通信連接狀態(tài)。由于光通信中的通信光束非常窄，因此，為了確保接收方能夠接收到足夠強(qiáng)的信號能量，必須要保證通信光束與系統(tǒng)光軸的誤差控制到誤差范圍以內(nèi)。

什么是“衛(wèi)星平臺”？

發(fā)射衛(wèi)星時常聽說衛(wèi)星使用了某某平臺。之所以采用“衛(wèi)星平臺”（platform）的設(shè)計方法，目的是縮短衛(wèi)星研制周期，節(jié)省研制經(jīng)費(fèi)，提高衛(wèi)星可靠性。

對于大部分衛(wèi)星來說，不論安裝什么有效載荷，都有一些一致的基本功能，只是具體的技術(shù)性能會有所差別。根據(jù)這一特點，世界上許多國家在衛(wèi)星設(shè)計研制中都采取這種類似卡車底盤的“衛(wèi)星公用平臺”思路，設(shè)計具有通用性的載荷平臺，接口和供能等參數(shù)能夠在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同有效載荷的要求。當(dāng)需要裝載不同的有效載荷時，衛(wèi)星平臺只需要做少量適應(yīng)性修改。

“一箭多星”的小衛(wèi)星怎么入軌？

與大衛(wèi)星不同，小衛(wèi)星只需要實現(xiàn)一些小儀器就能完成的功能，目標(biāo)是低成本、高效率。一枚火箭發(fā)射僅僅幾千克的小小一顆衛(wèi)星非常奢侈，而“一箭多星”可以充分利用運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力余量，經(jīng)濟(jì)便捷地將衛(wèi)星送入地球軌道，為衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)提供多種選擇模式，對小衛(wèi)星的發(fā)展而言尤其重要。

“一箭多星”的小衛(wèi)星按入軌模式可分為兩大類：一類是把一批衛(wèi)星送入基本相同的軌道，當(dāng)火箭抵達(dá)預(yù)定軌道后，所有的衛(wèi)星一起釋放出去，通常讓衛(wèi)星分離速度、方向各不相同，保證分離的安全性；另一類則是把多顆衛(wèi)星分別送入不同參數(shù)的軌道，通常需要專門的分配器，還需選擇最佳的飛行路線及確定最佳分離時刻，盡可能節(jié)約燃料并使入軌順利。兩種發(fā)射都需要火箭對應(yīng)裝置的規(guī)格化、集成化，便于衛(wèi)星與火箭的便捷結(jié)合。

衛(wèi)星的“單粒子翻轉(zhuǎn)”是什么意思？

單粒子翻轉(zhuǎn)是由于宇宙空間存在大量高能量的粒子輻射，由單個高能粒子進(jìn)入半導(dǎo)體器件靈敏區(qū)（例如微處理器、半導(dǎo)體存儲器或功率晶體管中）中引起反應(yīng)，導(dǎo)致存儲單元發(fā)生位翻轉(zhuǎn)（即內(nèi)容由 0 變?yōu)?1，或由 1 變?yōu)?0），由此引起的儀器錯誤。這種0和1的邏輯狀態(tài)變化是由位于“邏輯單元”（例如“bit”）附近的重要節(jié)點內(nèi)或附近電離產(chǎn)生自由電荷的結(jié)果。

高能粒子進(jìn)入半導(dǎo)體靈敏區(qū)可能引起多種單粒子效應(yīng)，而單粒子翻轉(zhuǎn)是空間輻射造成的多種單粒子效應(yīng)中最常見和最典型的一種，甚至成為星載計算機(jī)中最常見的錯誤。單粒子翻轉(zhuǎn)主要發(fā)生在數(shù)據(jù)存儲或指令相關(guān)器件中。單粒子翻轉(zhuǎn)造成的器件錯誤屬“軟錯誤”，即通過系統(tǒng)復(fù)位、重新加電或重新寫入能夠恢復(fù)到正常狀態(tài)。

30年前發(fā)射的風(fēng)云一號A星（FY-1A）遭遇強(qiáng)烈的太陽活動，衛(wèi)星發(fā)生“單粒子翻轉(zhuǎn)”事件，最后導(dǎo)致姿態(tài)失控，僅工作了39天后就發(fā)生故障并最終停止工作。這種名為“單粒子翻轉(zhuǎn)”（Single Event Upset，簡稱SEU）的現(xiàn)象可謂是航空航天器的殺手。

空間望遠(yuǎn)鏡鏡面為什么要鍍金？

鍍金技術(shù)已經(jīng)在太空科技中使用了超過30年。

首先，黃金是惰性金屬，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，幾乎不會被氧化，這意味著鍍了金的鏡面不會失去光澤。另外，黃金具有良好導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，它能高效地反射光波，減少冷熱不均的發(fā)生。鏡面溫差引起的變形會嚴(yán)重?fù)p害望遠(yuǎn)鏡成像質(zhì)量，宇宙中溫差極大的環(huán)境以及光照更是對材料和設(shè)計有很高的要求。再次，黃金對于紅外波段有著極高的反射率，增強(qiáng)鏡面的紅外線反射能力，有助于探測遙遠(yuǎn)的天體。紅外波段恰好是詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的主要觀察波段（工作波長為0.6到28.5微米，即可見光金色段到中紅外波段），因此對這臺望遠(yuǎn)鏡鏡面進(jìn)行鍍金自然更加有意義。

（本欄目稿件由中科院空間中心王錚提供）