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8个起死回生的航天器

2019年03月22日 栏目:军事

导语:发射到太空的航天器出现故障怎么办?看科学家如何让它们起死回生。关键词:航天器;故障菲莱登陆器的假想图 图片来源:ESA/ATG

导语:发射到太空的航天器出现故障怎么办?看科学家如何让它们起死回生。

关键词:航天器;故障

菲莱登陆器的假想图 图片来源:ESA/ATG medialab

本周伊始,罗塞塔号彗星探测器的菲莱登陆器终于结束了长达7个月的休眠。去年11月,当菲莱号登陆67P/Churyumov-Gerasimenko彗星时,由于其落点不够理想,难以给太阳能电池板充电,仅运行了57个小时就进入了休眠状态。现在,菲莱号已恢复运行,科学家们正在等待下一次通讯,这次通讯将揭示出彗星近期活动的更多细节。

菲莱号并不是曾起死回生的航天器。操作太空中的数据采集机器人是一件难度很大的事情,在为期数月、数年甚至数十年的太阳系穿越之旅中,有太多的意外。但有些时候,尽管希望似乎全都破灭了,但科学家和工程师却还是能把航天器拯救回来。为了庆祝菲莱号的复苏,让我们来盘点一下这些年曾被拯救、复活和改变用途的那些航天器吧。

航海家2号

图片来源:NASA/JPL-Caltech

为了探索外太阳系,NASA利用176年一遇的行星几何排阵机会,发射了航海家2号。它的主无线电接收装置于1978年4月发生故障,当时,地面控制台对航海家2号进行了重新编程,自那之后就一直依靠后备单元工作,整个修复工作经历了一系列精细的远程干预。尽管在其任务早期发生了故障,但航海家2号仍然不辱使命。它在穿越木星系期间拍摄的图像,与其姐妹航海家1号的图像对比后,展现出了木卫一上的火山活动迹象。航海家2号为我们提供的木卫二、土星环和木星卫星的非凡细节,在当时可谓前所未有。,由于多次的任务调整造成处于背阳区域的时间变长,航海家2号捕捉到了史上首批天王星和海王星的特写图像。至今它已经航行了37年,为了执行探索太阳系外沿这个额外的任务,它仍然在向深宇宙通讯络发送数据。

哈勃望远镜

图片来源:NASA

自1990年以来,哈勃太空望远镜已经将人类的视野拓展到可观测宇宙中远的一些区域。毫无疑问,它为现代天文学带来了一场革命,然而初它的观测效果却并不精确。哈勃望远镜初期拍摄的照片都很模糊,虽然这些照片都是前所未有的宇宙图像,但事实上它们并不具备昂贵的太空望远镜所应有的高分辨率。问题出在一个微小的光学缺陷上,即所谓球面像差。大致来说,哈勃望远镜的镜面外缘过于平整,其误差为2微米左右。在1993年12月哈勃首次维修任务期间,宇航员为它安装了一个由5对校正镜片组成的装置,改善了成像模糊的问题。在加上另外一整套新设备之后,哈勃望远镜终于发挥出它100%的观测能力。

伽利略号木星探测器

图片来源:JPL/NASA

1995年,伽利略号成为环绕木星的航天器,期间也遭遇了不少故障。首先,伽利略号的高增益天线无法打开,导致它与地球的通讯中断。这个天线的形状有点像雨伞,在起初两年的航行期间,它被装载于伽利略号内部。1991年当地面指挥中心尝试展开它时,天线的一些“伞骨”却卡住了。幸运的是,NASA科学家们想出了一个压缩数据的方法,这样伽利略号就可以使用备用天线向地球回传数据。后来,当它准备登陆木星时,探测器上的数据存储器出现了故障。地面指挥中心想出了一个变通的方法,让伽利略号在数周内得以恢复,但这个存储器在接下来的几年时间里仍旧对它产生着不利的影响。

机遇号火星车

图片来源:NASA/JPL

2005年4月底,机遇号火星车的全部六个轮子深陷在火星表面的沙堆中动弹不得。当时它正在前往Erebus陨石坑的路上,这是一块撞击在一个名为Terra Nova的更大陨石坑中的冲击区域。虽然这并不是机遇号头一回陷在沙子里,但为了解救它,地面指挥中心仍花费了一个月的时间。从5月13日到6月4日这段日子里,指挥中心小心翼翼执行了一系列步骤,为了前进1米,

8个起死回生的航天器

机遇号必须让轮子转动近200米才能获得足够的牵引力。在这次经历中,有一个额外的收获,就是机遇号团队成员得到了一个研究周围环境和收集地形信息的机会。

玉兔号月球车

图片来源:中国科学院(Chinese Academy of Sciences)

在2014年为期三个月的探险过程中,中国月球车曾一度被认为无法“醒来”。由于玉兔号是由太阳能电池板驱动,它必须在为期两周的寒冷月夜中休眠(关闭系统的大部分功能)。12月8日玉兔号本应从第二次休眠中醒来,但北京地面指挥中心却与它失去了联系。幸运的是,玉兔号没有“睡死”,它只是“睡过了头”。两天后它便再次恢复,不过后期仍旧出现了一些机械控制方面的问题。

开普勒望远镜

图片来源:NASA

当2013年5月开普勒望远镜出现故障的时候,这架寻找行星的望远镜似乎已经走到了它的终点。自2009以来,开普勒望远镜一直在天鹅座附近的一片星空搜寻环绕恒星运转的行星。然而,它的4个反力轮中有2个出现了故障,使得望远镜无法准确地控制指向,观测任务因此受挫。NASA的科学家和工程师都不愿放弃,他们为开普勒望远镜想出了一个办法,就是利用太阳光子的压力稳定其指向,同时望远镜必须运行在地球绕太阳公转的轨道平面上(译注:即黄道面)。2014年6月,开普勒望远镜开启了它的第二次征程,任务代号为“K2”。目前,开普勒望远镜观测天象的范围囊括了行星、超新星和活动显系核心。K2任务的计划者正向各研究团队征求观测目标,因此在这次任务中开普勒望远镜更像是一个共享式的望远镜。

曙光号探测器

图片来源: NASA/JPL-Caltech

2014年9月,当曙光号探测器正在前往小行星带中的一颗行星——谷神星时,它的离子推进器出乎意料地熄灭了,曙光号随后进入了安全模式。三年前,曙光号也曾经历过类似的故障,当时电子系统被高能辐射粒子击中。因此,曙光号团队怀疑这一次的故障原因与上次类似,于是沿用了相同的恢复策略,另外启用了一台离子引擎和电子控制器,以便快速恢复运行。4天后,曙光号再一次开始加速,愉快地向谷神星继续前进。

光帆

图片来源:Josh Spradling/The Planetary Society

行星协会的光帆立方体卫星的经历可谓短暂而多劫。在它进入近地轨道两天后,一个软件故障使它和地球的通讯中断。幸运的是,一个高速带电粒子撞击了它的电路板,就好像在太空中进行了一次心脏除颤一样,光帆又苏醒过来。6月3日光帆再次失联(原因可能是电池故障),但在6月6日又恢复了通讯。在坠入地球大气层之前,这枚小型航天器在轨道上又航行了一周时间,随后便正式终结了测试使命。行星协会将于明年发射一个更加完善的太阳能光帆进行测试。

关于作者:Maria Temming,专业为物理和创意写作,美国科学促进会大众媒体会员(驻《科学美国人》),计划在本科毕业后进修科学写作硕士学位。

(翻译:范俊;审校:侯政坤)

原文链接[科学美国人博客]:

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