瓦力、愛娃——行星際空間中的第一對小不點衛星

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作者：李會超

中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

一個只有台式電腦機箱一半大小的小傢伙，從地球發射之後，可以像先前的那些大塊頭探測器一樣，在六個多月的時間內走從地球到火星的慢慢長路，最終到達火星附近，是不是非常神奇？

在剛剛過去的5月5日，被命名為」瓦力「(Wall-E)和「愛娃」(Eva)的兩顆立方體小衛星和洞察號火星探測器一起，由宇宙神V型火箭發射升空，開始了他們的火星之旅。

（立方星瓦力和愛娃在太空中飛行的效果圖）

喜歡皮克斯動畫電影的讀者一定不會對」瓦力「和「愛娃」的名字感到陌生。在電影《機器人總動員》中，機器人瓦力和愛娃的故事讓無數影迷為之動容。此次發射升空的這兩顆立方星，其正式名稱為MarCo-A和MarCo-B (MarCo是Mars Cube One的簡稱)。由於它們的推進器工作時會將一種冷的氣體噴出，和電影里瓦力和愛娃在太空中飛行時的動力來源相似，因此才獲得了這兩個可愛的昵稱。

《機器人總動員》中的「瓦力」（左）和「愛娃」（右）

立方星是衛星家族中的小不點，其概念最早由美國加州理工大學和斯坦福大學提出。立方星由邊長為10厘米、重量一般在1Kg左右的或更輕的立方體功能單元構成。單獨使用一個這樣的功能單元，就能設計製造一顆能在太空中工作的衛星。將兩個、三個或或六個這樣的功能單元拼裝在一起，可以構成功能更豐富的立方星。

此次去往火星的瓦力和愛娃，都是6U立方星，即由六個立方體功能單元組成的衛星，長、寬、高分別為36.6厘米、24.3厘米和11.8厘米。立方星一般採用成熟的商業貨架產品作為配件，體積重量較小，研發、製造和發射成本都比較低，特別適合於新技術的驗證試驗和大學、科研機構在經費有限的情況下開展與空間有關的研究。在瓦力和愛娃之前，所有的立方星都工作在近地軌道，而瓦力和愛娃是人類歷史上第一對飛入行星際的立方星。

工程師在測試瓦力和愛娃（其中一顆）的功能。圖中與地面垂直的黃色平板即為X波段通信使用的高增益天線。

電影中的瓦力，與衛星的確有幾分形似。

瓦力和愛娃的功能和設計是一模一樣的。在本次任務中，他們互相作為彼此的備份，完成洞察號著陸火星時的通信中繼任務。如果沒有這兩個小傢伙，洞察號也能藉助目前正在環繞火星工作的「火星勘測軌道飛行器」進行與地球的通信中繼。

然而，由於火星勘測軌道飛行器的軌道高度距離火星表面僅幾百公里，與地球間的通信鏈路可能會因火星的遮擋而中斷，地面控制人員需要等待一個小時左右才能收到從火星傳來的信息。而按照計劃，在洞察號著陸時，瓦力和愛娃將以距離火星表面3500公里的距離飛掠火星。在此期間，瓦力和愛娃可以始終和地球保持聯繫，地面控制人員只需等待幾分鐘，就可以獲取洞察號在著陸火星的關鍵飛行過程中的狀態。

范登堡空軍基地總裝廠房內的洞察號探測器。與這種「塊頭」的探測器相比，瓦力和愛娃都是「小不點」。

為了完成通信中繼任務，瓦力和愛娃裝配了兩個頻段的通信設備。一組通信設備工作在特高頻（UHF）頻段，用於與洞察號通信。另一組通信設備工作在X頻段（指無線電通信的X頻段，請讀者不要誤認為是X射線），用於和地球通信。和我們印象中常見的「大鍋」式天線不同的是，洞察號採用了一種平板式X波段通信天線，能夠以較小的體積實線較高的通信增益。

上面級是火箭上能夠在太空中長時間工作、多次開關機、執行複雜變軌任務的功能模塊。瓦力和愛娃將會安裝在圖中半人馬座上面級的尾部。

瓦力和愛娃雖然是兩個小不點，但它們去往火星的飛行卻是獨立完成的。在宇宙神V型火箭發射洞察號的過程中，洞察號安裝在了「半人馬座」上面級的頂部，也就是安裝衛星的一般位置。而瓦力和愛娃，則寄居在了半人馬座上面級尾部的一個隔艙中。當半人馬座上面級飛行到合適位置後，會首先將洞察號釋放，再將尾部的瓦力和愛娃釋放。在飛往火星的過程中，瓦力和愛娃將驗證微小的立方星能否藉助性能有限的系統完成行星際飛行的控制、導航和通信工作，衛星自身能否經受住行星際飛行相對惡劣的空間環境的考驗。如果瓦力和愛娃能按照計劃成功執行它們的任務，將會給立方星的應用打開新的天地。未來的科研工作者有望使用立方星，進行低成本的深空科學探測或技術驗證。

路途遙遠，要彼此照顧哦！

據NASA在發射後公布的消息，瓦力和愛娃在進入軌道後的工作狀態不錯，太陽能帆板已經開始正常供電，衛星與地面控制系統已經建立了穩定的通信。在未來幾周中，工作人員們將對瓦力和愛娃在太空中的狀態做系統評估，為未來半年多的飛行做好準備。

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