小行星采矿初创公司AstroForge已完成其最新航天器的组装,该航天器计划于今年晚些时候发射,并吸取了去年一次失败任务的教训。
该公司于6月4日宣布,DeepSpace-2航天器的组装工作已经完成,接下来将对其进行环境测试。该航天器计划作为拼车载荷,搭乘SpaceX的猎鹰9号火箭发射,该火箭还将发射Intuitive Machines的IM-3月球着陆器任务。
DeepSpace-2将飞越一颗近地小行星,但公司表示具体目标将取决于任务发射时间。

“我们有一系列小行星可供选择,具体去哪颗取决于发射当天的情况,”AstroForge首席执行官Matt Gialich在接受采访时表示。“我们可能会在发射前几天,在火箭已经就位时才最终选定目标。”
航天器将花费2到9个月的时间抵达目标,并使用两台高分辨率相机拍摄图像。不过,该任务的主要目的是验证航天器的性能——它将成为公司用于小行星勘探的一系列低成本航天器中的一员。
“我想向世界展示我们能够抵达小行星,”他说。“我们必须证明自己能够在行星际空间中正常运作。”
顾名思义,DeepSpace-2 是该公司的第二次行星际任务。第一次任务“奥丁”(Odin)去年作为IM-2任务的拼车载荷发射,但在航天器部署后不久就出现了故障。公司最终认定是太阳翼未能正常展开,导致航天器电力不足。
AstroForge将这些教训应用到了DeepSpace-2的设计中。“我们在航天器上加入了大量应急措施,以避免上次出现的问题,”他说。新的太阳翼设计即使未能完全展开也能提供电力,而且即使两块太阳翼中只有一块完全展开,航天器仍能完成全部任务。
该公司还进行了更多的发射前测试。“我们上次在奥丁项目上推进得太快,能赶上火箭拼车发射已经是个奇迹,”他说。“教训就是:尽早测试、频繁测试。”
DeepSpace-2是公司全新模块化航天器平台的首次飞行,该平台未来可携带多达50kg的有效载荷。公司目标是打造一款低成本航天器,既能支持自身的小行星采矿计划,也能用于科学任务。
Gialich还表示,这艘航天器的造价“略低于”500万美元,整个DeepSpace-2任务的总成本低于1050万美元。对于深空探测来说,这个成本简直是白菜价。
“如果这次成功,这将彻底改变我们探索宇宙的方式。这就是我们公司想要尝试的目标。我们希望改变人们对行星际航行的认知。”
公司的长期目标是开采金属小行星,并在声明中指出:“太阳系的矿产资源对人类先进未来的重要性将日益凸显。”
AstroForge 并非唯一对小行星采矿感兴趣的公司。值得注意的是,SpaceX 在其首次公开募股(IPO)招股说明书中将小行星采矿列为未来可能涉足的市场之一。
“我们计划开展小行星采矿作业,从近地小行星和主带小行星中提取金属及其他关键资源,为太空工业提供丰富的原材料,并减少从地球发射质量的需求,”SpaceX 在招股书中写道。该公司未披露尝试小行星采矿的时间表。

Gialich表示,他对SpaceX对这一领域的兴趣表示欢迎。
“太空商业的终极巅峰案例是什么?就是去开采整个宇宙,”他说。“任何想思考如何改变社会的人,都必须考虑小行星采矿。”
“我们可能曾经是唯一一群疯狂到去做这件事的人,”他在谈到公司的采矿计划时说。“现在,我觉得埃隆马斯克也加入进来了,这下可能有两个疯子在干这件事了。”
此外Gialich在社交媒体上相当活跃,几乎每天都会发布帖子介绍航天器硬件开发情况,积极分享了许多开发制造过程中的细节与背景故事,并附上大量真实硬件的图片,以下是一些信息价值较高的帖子分享,时间顺序从后到前排列。
在办公室里,我最喜欢的东西之一就是我们的霍尔推进器,其后还挂着世界上价格最昂贵的垃圾袋。
这种“垃圾袋”材质是多层隔热材料(对于航天领域的行家们来说,它被称为 MLI),其表面覆盖着碳纤维。为霍尔效应推进器提供隔热和绝缘功能并非易事,这需要具备相当高的技术水平。

我们的航天器所面临的重大热管理问题在于那个巨大的“电源处理单元”。它是一个巨大的装置,从航天器的电源系统中获取大量电力,并在恰当的时间将其转换为适合霍尔效应推进器所需的恰当电压。
这是实现霍尔效应推进器正常运行的真正难点所在。推进器本身可能只占整个研发工作的 10%;而这些控制箱则占了另外的 90%。
我们得把所有东西都装进这个小小的航天器里。

这个储罐里装着航天器所需全部的推进剂。我们会在里面装入63kg的氙气,以此为我们的航天器提供动力,使其能够进入星际空间!而且,安装这个储罐简直是个极其麻烦的过程,因为它不能成为主要结构承重路径的一部分。

测试太阳的能量!哦,还有太阳能电池板。

建造行星际航天器的难度:
以下是DeepSpace-2的全部六个飞行太阳能电池板。这些就是将为航天器提供略多于2kW功率的电池板。 正如航天器制造中一贯的情况,我们在过程中遇到了一些小问题。你可能会注意到那些银色电线悬挂在侧边。最终,这些电线将焊接到铜轨或汇流条上,这些汇流条负责收集并传输电力到航天器。我们在内部从铜板上制作这些轨道,并在它们的背面涂上粘合剂,将它们粘接到电池板上。
问题是几乎不可能让这些铜汇流条完全笔直。一旦将它们应用到电池板上,我们就注意到有些地方翘起。很可能这对飞行来说没问题,但因为我们很早就发现了这个问题,我们可以轻松修复它。 在过去48小时里,我们测试了几种修复选项。获胜的方法是在覆盖 Kapton(一种航天级粘合膜)之前,在局部点上用环氧树脂粘牢它们。我们正在运行几个额外的热循环来确认一切正常,然后再在飞行电池板上实施修复。然后我们就能将银色电线焊接到汇流条上了。
测试整个航空电子系统所需的细节量无穷无尽。不妨这样想:我们所有的航空电子设备都被放置在一个小型真空舱内,该真空舱会先对电子设备进行加热和冷却,以便我们在一定温度范围内进行测试。对于深空探测而言,情况略有不同。通常,在热真空测试中,我们会运行多个循环来模拟航天器绕行星运行的情况。对我们来说,浸泡测试仍然很重要,但循环次数则没那么重要。为了进行这项测试,我们需要模拟输入和负载。例如,我们需要精确模拟太阳能电池板的输出功率。这并非简单地连接电源就能完成,因为我们必须确保测试尽可能接近我们预期在前往小行星途中发生的情况。
接下来,我们需要创建负载。航空电子设备会为多个加热器供电。 我们可以在桌子上安装一堆飞行级加热器,也可以把一堆电阻器放在盒子里;我们选择了后者。这适用于所有动力装置:反作用轮、惯性测量单元 (IMU) 和推进器。
所以最终你会得到一个非常复杂但又非常重要的测试。这些都是类似飞行硬件的部件,而且大部分部件都已经进行过单独测试。难点就在这里。全面集成测试是我们工作中最为重要也最为耗时的部分。
建造航天器无疑是人类所能承担的最伟大的事业之一。它对细节的把控程度达到了前所未有的高度。
昨晚到今天早上,我们开始安装薄膜三结太阳能电池。每块电池在安装前都要经过手工测量,以验证其效率,大约为33%。然后,我们将每块电池逐一铺设到面板上。我们预计只需2分钟,结果花了7分钟……
我们即将执行的DeepSpace-2任务总共使用了六块太阳能电池板。面板的堆叠结构都是经过精心挑选的:黑色聚酰亚胺薄膜、碳纤维、带有微孔的铝蜂窝(用于释放任何残留气体)、碳纤维,最后再覆盖一层聚酰亚胺薄膜。这仅仅是我们用来搭建面板的基底。
我们为什么要如此精益求精?
重量。
将宇宙飞船发射到高能轨道时,重量是最大的成本。我们做出的每一个决定都以效率为导向,而每一分效率的提升都有助于降低宇宙飞船的整体重量。
要把任何一台计算机送入深空,所需的细节程度简直令人难以置信。
这是控制太阳能电池板的电路板。你看不见的是散热片下方的所有芯片,每个芯片都需要导热垫才能与顶部的铝片牢固连接。正是这块铝片让我们能够将电路板的热量散发出去,确保一切正常运行。
那些连接线?那是几根粗壮的导线,用来帮助我们处理流入这台“巨兽”的电流。从电路板上垂下来的那根细线只是一个额外的热电偶,我们准备对它进行资格测试。
这是组成航空电子设备盒的六块电路板之一——它是飞船的大脑。飞船和人类唯一的区别在于,飞船有两个大脑,而普通人只有一个。
我们绝不会向任何人隐瞒这项工作的细节。深空是探索的最终疆界,我希望,即便我们最终未能成功,也能为太空探索的未来贡献一份力量。

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