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,
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,
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。
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。