众“星”拾柴火焰高——小型立方星助力探索系外空间
无论是探寻系外行星，还是测量小行星尺寸，立方星都因低廉的成本广受航天界青睐，就连小型初创公司、私人企业和大学实验室都能负担得起。
如图所示，立方星使大学和私营公司能够负担得起向太空发射卫星的费用。
（图源：维克多·哈比克影像/科学照片图书馆&盖蒂图片社）
大多数立方星比保龄球还轻，有些甚至小到可以拿在手上，但这些微型设备在航天探索中的作用却是巨大的。灵活且廉价的小型卫星——立方星，掀起一场改变科学家研究宇宙方式的革命。
标准大小的立方星很小，约为4磅重（2千克左右）。一些更大的立方星可能是标准大小的四倍，而另外一些仅有1磅上下的重量。
作为从事新型空间技术研究的电子与计算机工程教授，我可以坚定地说，立方星提供了一种更简单且成本远低于传统方法的宇宙探索途径。
比起携带众多用途广泛的仪器，这些极小的卫星通常专注于特定的单一科学目标，比如探寻系外行星或测量小行星尺寸。它们价格低廉，几乎全航天界都能承担得起，哪怕对于小型初创公司、私人企业和大学实验室来说，亦如此。
小卫星，大优势
相较于大型卫星，立方星的优势显著：它们的开发和测试成本更低。节约时间和资金，意味着可以完成频率更高、种类更丰富的任务，同时风险也更小。仅凭这一点，就能加快发现和探索太空的步伐。
立方星不依靠自身动力完成太空旅行，而是“搭便车”：它们会搭载于更大型的航天器上，作为其有效载荷的一部分被一同发射。立方星首先被安放在部署器中，再通过弹簧装置弹射到太空中。一旦进入太空，它们就会启动。在进入大气层后，立方星通常会在轨缓慢减速，而后燃烧，结束其任务。
一个很好的例子是，布朗大学的一组学生在不到18个月的时间里以不足1万美元的成本开发了一颗立方星。这颗卫星大约只有一条面包大小，用于研究日益严重的太空垃圾问题，于2022年5月搭载SpaceX火箭发射。
小尺寸，单目标
向太空发射卫星并非新鲜事。早在1957年，苏联就已将斯普特尼克1号送入地球轨道。如今，约有1万颗活跃卫星在轨运行，几乎都用于通信、导航、军事防御、技术开发或地球观测。只有不到3%的卫星用于探索太空。
但这种情况正在发生变化。大小不一的卫星正快速成为空间科学研究的支柱。这些航天器能够前往目前人类或机器人登陆技术难以触及的星球和恒星区域。
然而，传统卫星的建造和发射成本极为高昂。比如，美国国家航空航天局的月球勘测轨道飞行器，于2009年发射，体积与小型货车相当，耗资近6亿美元。火星勘测轨道飞行器的翼展达校车长度，成本超过7亿美元。欧洲航天局的太阳轨道飞行器，重达4,000磅，计划用于研究太阳，耗资15亿美元。而计划于2024年10月发射的欧罗巴快船探测器，其长度与篮球场相当，总成本将达50亿美元。
这些卫星相对较大，复杂程度惊人，很容易发生潜在故障，这种情况并不少见。眨眼之间，多年的工作和数亿美元就可能在太空中化为乌有。
美国航空航天局的科学家为2017年4月发射的微型立方星“星彩”航天器做准备。 (图源：美国航空航天局/喷气推进实验室）
探索月球、火星和银河系
正因体积小巧，立方星能够在一次发射中实现大批量部署，从而进一步降低成本。以“星座”形式一批批地部署，意味着多个设备可以对同一现象进行观测。
举例来说，2022年11月的阿尔忒弥斯1号任务中，美国航空航天局发射了10颗立方星，它们正在尝试探测和绘制月球水资源的分布图。这些研究对即将进行的阿尔忒弥斯任务及在月球表面建立人类永久居所的目标都至关重要。这些立方星的总成本为1,300万美元。
2018年，美国航空航天局的两颗马尔科立方星伴随洞察号探测器前往火星，作为其进入、下降和着陆阶段的实时通信中继。此外，它们还用广角相机捕捉了火星图像。成本约为2,000万美元。
立方星还用于研究太阳系外的世界，例如恒星和系外行星。美国航空航天局喷气推进实验室在2017年部署的“星彩”立方星，曾观测到一颗名为巨蟹座55e的系外行星，该行星的体积是地球的8倍，位于距离我们41光年的位置。“星彩”重新确认了这颗遥远星球的存在，成为有史以来最小的系外行星探测仪器。
与立方星相关的还有两项重要任务：
已于2024年10月发射的“赫拉”任务，部署了欧洲航天局首个深空立方星，用以探访位于火星与木星之间小行星带的迪迪莫斯小行星系统。
计划于2025年发射的小型化小行星远程地球物理观测器M-Argo立方星，它将研究一颗尚未命名的小行星的形状、质量和表面矿物特征。这颗立方星的体积与行李箱相当，将成为首次独立执行行星际任务的最小立方星。
迅速推进的立方星任务及大量投资，或将推动人类迈向多星球物种的未来。但这将是一个漫长的旅程，有赖于下一代科学家去实现这个梦想。
BY:Mustafa Aksoy
FY: 雨上萧
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