居然又救回來了!NASA修好2億公里外的飛船,還想再用11年

天空之城 2022/06/05 檢舉 我要評論

你可能完全無法想象了!一艘2013年發射的飛船,在2億多公里的火星軌道上癱瘓,兩個感知自身狀態的組件,一個主要組件,一個備用組件都出問題了,在太空中漂浮了3個月后,美國宇航局(NASA)竟然把它修復了,并且創新開發了一套新的導航系統,讓這個早就超過設計壽命的飛船重新煥發了活力。

這艘飛船就是馬文(MAVEN),火星大氣與揮發物演化任務,2014年進入火星軌道,主要負責研究火星的大氣層。然而后來它又被賦予了更重要的任務,那就是為好奇號、洞察號以及去年登陸火星的毅力號提供中繼通信,把火星車的科學數據送回地球。

馬文是如此的重要,但在今年2月22日,馬文的地球團隊突然發現,馬文竟然失聯了!科學家們緊張了,馬文在一個近地點150公里,遠地點6200公里的火星軌道上運行,如果不能建立聯系,有可能在一段時間后墜入火星大氣層燒毀,尤其不知道是什麼原因的情況下。

好在馬文的計算機設置了自動重置系統,科學家們在78分鐘后重新與它取得了聯系,才發現問題的嚴重性,他們可能將不得不失去這艘設計壽命兩年,但已運行近8年時間的飛船了。這究竟是怎麼一回事呢?

事情還要回到2017年。

馬文上有兩個慣性測量組件IMU,安裝有加速度計和陀螺儀,相當于人類的內耳,負責感知飛船的方向,并讓馬文保持正確的姿勢和方向——這絕對是飛船上最重要的系統之一,因為這兩個組件失靈,馬文就無法保持正確姿勢,太陽能電池板就無法充電,天線也無法對準地球進行通信,甚至可能因無法調節軌道而墜入火星大氣層燒毀。

這兩個IMU組件,IMU-1作為主用,IMU-2作為備用。2017年年底的時候,科學家們發現,IMU-1出現了嚴重問題,因而將飛船切換到了IMU-2上。但到了2021年底,科學家們發現,IMU-2也出現了嚴重磨損,比原來預期的時間要快得多,這該怎麼辦呢?

最好的辦法當然是再次切換回到IMU-1上,而時間就定在了今年的2月22日,不幸的是,就在切換的時候嚴重問題出現了,馬文和地球失去了聯系。

聯系恢復后,科學家們發現,飛船一直在嘗試啟用IMU-1但無果,因而不得不將飛船切換到備用計算機,再將IMU重新切換到IMU-2上,但飛船也進入了安全模式,中止了對火星大氣層的探測和中繼任務。馬文是火星軌道上3個可以中繼的探測器之一,由于傳輸數據速度較快,承擔了極為重要的中繼任務,中止運行,意味著整個火星探測任務的縮水。

由于IMU的問題由來已久,此前科學家們已提出了開發一套全新的導航模式——全星模式(all-stellar mode),讓飛船完全拋開IMU,利用它看到的恒星和內置宇宙圖的匹配來確定姿態,初步計劃是在今年10月份完成。

但這樣一來,馬文就將有8個月的時間無法工作,進而影響到火星上的其他探測任務,地面團隊因而加快了開發進度,終于在兩個月后的4月19日就拿出了系統,并上傳到了馬文的計算機上。

經過一個月的調試后,科學家們終于可以松一口氣了,他們上傳的軟件竟然奇跡般地修好了2億公里外的馬文,并用一種新的導航模式取代了原來的導航系統,馬文在5月28日又重新投入了正常運行。與此同時,科學家們切斷了IMU-2的電源,用它的剩余壽命作為飛船的備份,每年都需要在特定時間切換到它上面,才能保證飛船的正常運行,因為全星模式雖然能正常工作,但精度不夠,無法對馬文進行精準操作。

但科學家們的壓力還沒有減輕,因為NASA希望將馬文的任務延長到2025年,并最終延長到2033年火星取樣任務返回時利用馬文來提供中繼,這意味著馬文至少還需要活11年才行。科學家們需要與時間賽跑,在一兩年內想出更聰明的辦法,完全擺脫對IMU的依賴,才有可能讓馬文活到那個時候。

馬文「自拍」

是不是覺得不可思議?竟然修好了2億多公里外的飛船,還賦予了它全新的系統,當然這不是NASA的第一次,此前機遇號、好奇號等都有過修復設備的例子,比如好奇號的鉆頭停止工作后,就設計了另外一套程序,讓它用另外的方式重新投入工作。畢竟這些探測器都是超期服役,老態龍鐘之后問題必然越來越多,而火星離地球那麼遠,也沒法派人上去修,就只能4馬當活馬醫,進行遠程維修了。

當然,NASA也有維修失敗的例子,而探測器就只能長眠火星了。比如勇氣號陷入沙坑,搶救了半年多都無法出來,最終耗盡電力失去了聯系;洞察號的鉆頭則一直無法鉆入火星地下,搶救了近兩年后宣布放棄。

所以還是要未雨綢繆,充分考慮未來可能遇到的問題,開發設計飛船時就加以解決。

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