本文最初发表于 The Conversation。
大多数立方星的重量不到一个保龄球，有些甚至小到可以拿在手里。但这些仪器对太空探索产生的影响是巨大的。立方星——微型、敏捷且廉价的卫星——正在彻底改变科学家研究宇宙的方式。
一个标准尺寸的立方星非常小，大约重4磅（约2公斤）。有些更大，可能是标准尺寸的四倍，但有些则不超过一磅。
作为一名从事新空间技术的电气与计算机工程学教授，我可以告诉你，立方星是到达其他世界的一种更简单、成本低得多的方式。
这些小巧的卫星通常专注于一个单一、特定的科学目标——无论是发现系外行星还是测量小行星的大小——而不是携带许多用途广泛的仪器。它们在整个太空界都负担得起，甚至对小型初创公司、私营公司和大学实验室来说也是如此。
微型卫星，巨大的优势
立方星相对于大型卫星的优势非常显著。立方星的开发和测试成本更低。节省的时间和金钱意味着更频繁、更多样化的任务，同时风险更小。这本身就加快了发现和太空探索的步伐。
立方星不依靠自身动力运行。相反，它们搭便车；它们成为大型航天器有效载荷的一部分。它们被装进容器里，通过安装在其分配器上的弹簧机构弹出到太空。一旦进入太空，它们就会启动。立方星通常通过在轨道衰减后进入大气层燃烧来结束其任务。
例如：布朗大学的一个学生团队在不到18个月的时间里，花费不到1万美元就制造了一个立方星。这颗卫星的大小相当于一个面包，旨在研究日益严重的太空碎片问题，并于2022年5月从SpaceX火箭上部署。
更小的尺寸，单一的目的
当然，将卫星送入太空并非新鲜事。苏联早在1957年就将斯普特尼克1号发射到地球轨道。如今，有大约10,000颗在轨卫星，其中几乎所有都从事通信、导航、军事防御、技术开发或地球研究。只有少数——不到3%——正在探索太空。
情况正在改变。大小不一的卫星正迅速成为太空研究的支柱。这些航天器现在可以长途跋涉去研究行星和恒星，这些地方人类探索或机器人着陆成本高昂、风险大，或者以目前的技术根本不可能。
但建造和发射传统卫星的成本是巨大的。NASA的月球勘测轨道器于2009年发射，大小约相当于一辆小型货车，耗资近6亿美元。而火星勘测轨道器，翼展相当于一辆校车，耗资超过7亿美元。欧洲航天局的太阳轨道器，一个重达4000磅（1800公斤）的探测器，旨在研究太阳，耗资15亿美元。而欧罗巴快帆（Europa Clipper）——长度相当于一个篮球场，定于2024年10月发射前往木星的卫星欧罗巴——最终将耗资50亿美元。
这些相对庞大且极其复杂的卫星容易发生潜在故障，这并不少见。转瞬之间，多年的工作和数亿美元的投入就可能在太空中付之东流。
探索月球、火星和银河系
由于尺寸很小，立方星可以在一次发射中大量释放，进一步降低成本。批量部署它们——称为星座——意味着多个设备可以对同一现象进行观测。
例如，在2022年11月的“阿尔忒弥斯1号”任务中，NASA发射了10颗立方星。这些卫星目前正试图探测和绘制月球上的水。这些发现至关重要，不仅对即将到来的“阿尔忒弥斯”任务，也对维持人类在月球表面永久存在的追求至关重要。这些立方星的成本为1300万美元。
MarCO立方星——其中两颗——在2018年伴随NASA的“洞察号”着陆器前往火星。在“洞察号”进入、下降和着陆火星表面的过程中，它们充当了实时通信中继站，将信息传回地球。作为奖励，它们还用广角相机拍摄了火星的照片。它们的成本约为2000万美元。
立方星还研究了附近的恒星和系外行星，这些行星是太阳系外的世界。2017年，NASA的喷气推进实验室部署了ASTERIA，这是一颗立方星，它观测了55 Cancri e（又名Janssen），这是一颗比地球大八倍的系外行星，围绕一颗距离我们41光年的恒星运行。在重新确认这颗遥远世界的存在时，ASTERIA成为有史以来最小的探测到系外行星的空间仪器。
另外两项值得注意的立方星太空任务即将进行：定于2024年10月发射的HERA将部署欧洲航天局的首批深空立方星，访问位于火星和木星之间小行星带的Didymos小行星系统。
而计划于2025年发射的M-Argo卫星将研究一颗即将命名的小行星的形状、质量和表面矿物。M-Argo的尺寸相当于一个行李箱，将是执行独立星际任务的最小立方星。
立方星任务的快速进展和已作出的巨额投资可能有助于人类成为多行星物种。但这将是一段漫长的旅程——并且取决于下一代科学家来实现这个梦想。
披露：Mustafa Aksoy在纽约州立大学奥尔巴尼分校（SUNY）及SUNY研究基金会工作。他获得美国国家航空航天局（NASA）、美国国家科学基金会（NSF）和橡树岭联合大学（ORAU）的资助。他是电气电子工程师学会（IEEE）的高级会员。
