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科学家挽救了深陷安全模式3个月的Maven探测器,并延长了十年寿命

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科学家挽救了深陷安全模式3个月的Maven探测器,并延长了十年寿命

发布日期:2022-06-18 21:44    点击次数:177

自2014年以来,NASA的火星大气和挥发性演化(MAVEN)任务一直在绕火星运行,不断地收集其上层大气、电离层以及与太阳和太阳风相互作用的数据。通过这样做,这项任务展示了数十亿年前,火星大气是如何被太阳风慢慢剥离的。这使火星的气候发生了重大变化,从一个表面有流动水的、温暖的星球转变为今天的极端寒冷和干燥的地方。

今年2月,该任务探测器的主要惯性测量单元(IMU)遇到了问题,并被迫进入安全模式。截至5月28日,在任务团队成功地诊断出这些导航仪器的问题后,MAVEN 已经恢复了正常的科学和接力操作。从今以后,这颗卫星将使用任务团队专门开发的系统来进行恒星导航。这可能会将 MAVEN 任务的科学行动(刚刚延长到2024年)再延长到下一个十年。

为了确定它在火星轨道上的方向,MAVEN 的 IMU 单元主要用来测量航天器旋转的速率。IMU-1 是主要单元,而 IMU-2 是其备用单元。今年2月22日,任务小组在对 IMU-1 进行了例行计划的动力循环后就与航天器失去了联系。恢复联系之后,航天器却无法从任意一台 IMU 单元确定其姿态,而是切换到它的备份计算机(这使它能够从IMU-2获得准确的读数)。

该探测器随后进入“安全模式”,等待来自地面的进一步指令。加州大学伯克利分校 MAVEN 的首席研究员香农·库里(Shannon Curry)在最近的NASA新闻发布会上表示:

“这是这次任务面临的一个关键挑战,但由于我们航天器和操作团队的工作,MAVEN 将继续产生重要的科学成果,并作为地面资产的中继站运行到本十年结束。我为我们的团队感到无比自豪。”

实际上,研究团队已经在研究一种全恒星导航模式,允许 MAVEN 在没有 IMU 的情况下导航。这是老化了的轨道器开始遇到设备问题时的标准做法,最初计划在任务团队检测到 IMU-1 和 IMU-2 异常后于2022年10月实施。在处理老化的轨道器和恶化的导航单元时,切换到全恒星导航模式是标准做法。这一事件迫使洛克希德马丁公司的任务团队加快了软件的开发,因为预计 IMU-2 直到10月份才会继续运行。洛克希德马丁 MAVEN 航天器团队负责人迈克尔·哈加德(Micheal Haggard)解释说:

“这是一种最初没有人预料到的情况,但航天器还是能按照设计的方式运行。当我们最终进入备份计算机时,航天器已经试图修复 IMU-1 的问题大约78分钟了。我们最终登录了 IMU-2,现在的压力在于,要尽快准备好全恒星模式。”

上图:科学家构想的一场袭击火星的太阳风暴,并从该行星的高层大气中剥离了离子。

4月19日,探测器团队提前5个月完成了软件补丁,并将其上传到 MAVEN。由于全恒星模式之前没有在飞行中测试过,因此需要进行一系列测试来验证全恒星模式。为此,任务小组还关闭了IMU-2,以保存其剩余的电池电力,以防在任务结束前再次需要它。上行链路完成后,探测器和科学团队将 MAVEN 的仪器恢复到完全运行模式。NASA戈达德太空飞行中心 MAVEN 项目经理里奇·伯恩斯(Rich Burns)说:

“这支团队面对的是真正的生存威胁。当我们在秋天意识到 IMU-2 正在退化时,我们知道我们将不得不缩短全恒星模式的时间表。航天器团队勇敢地接受了挑战,在异常情况发生后,他们在巨大的压力下工作。”

一个小问题是,在任务团队完成全恒星模式测试之前,航天器必须一直指向地球。因此,MAVEN 的科学仪器没有像在整个停工期间的常规科学操作中那样定向。然而,这对任务的影响非常有限,一些科学观测仍然是可操作的 —— 例如,在仪器通电不到两天后,MAVEN 就观察到了日冕物质抛射撞击火星大气层。

MAVEN 自采用全恒星模式以来一直在成功运行,尽管任务团队需要找到长期解决方案(因为每年有特定的时间必须使用IMU)。这会确保 MAVEN 能够在其延长任务期间继续运行,并观察迄今为止遇到的火星大气中最极端的条件。这将继续深入了解导致火星不再是一个更温暖、更潮湿和潜在的宜居星球的大气损失过程。

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