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“机遇”号火星车超期服役 15 年,这次终于说再见 | 好奇心小数据

陈莉雅2019-02-15 19:05:03

别了,机遇号!

我曾经住在一个孤儿院中。它很冷、很黑,我很孤独。晚上,我抬头仰望满天繁星,排解忧伤。我希望我能飞向那些星球。在美国,我可以让所有我的梦成真。感谢你给我的勇气与机遇。

索菲·科里斯(Sofi Collis)

这段文字来自亚利桑那州的 9 岁女生索菲·科里斯(Sofi Collis)在 2003 年写下的作文。科里斯出生于西伯利亚,二岁时被带往美国。

后来文中的两个词汇—— 勇气(Spirit)、机遇(Opportunity)—— 被美国国家航空航天局(NASA)用来为两辆火星探测车命名,勇气号(Spirit, MER-A)与机遇号(Opportunity, MER-B)。时任局长 Sean O'Keefe 表示索菲·科里斯的遗传和成长过程,有两个伟大太空国家的灵魂。

机遇号(图:NASA/JPL)

2017 年机遇号拍下它最后的所在位置(图:NASA/JPL)

两辆探测车都在 2004 年着陆火星。勇气号在 2011 年失联 、宣告任务终止。机遇号则在本周、美国当地时间 2 月 13 日,由 NASA 宣告任务完成,机遇号终止服役。

“我今天早上得知,我们心爱的机遇号仍保持沉默,” NASA 科学任务理事会副主任托马斯·佐伯岑(Thomas Zurbuchen)对《华尔街日报》说。“我宣布机遇号任务完成。这是一个激动人心的时刻。”

“机遇号”与“勇气号” 隶属于 NASA的 “火星计划三部曲”里阶段性任务,它们的建造时间、机体结构以及功能相仿,目标是在火星的岩石和土壤中,找到有水活动的线索。探测车最终找到了一些证据,说服了科学家,火星干旱的平原曾经充斥着酸性水。尽管它没有发现那个星球上曾经存在生命的迹象。

机遇号因为去年 6 月火星沙尘暴同地球失去联系

截至 2017 年 1 年 25 日,机遇号在火星行走的里程数便达到 43.87 公里,打破了NASA 在地球外的无人探测车移动纪录。尽管它的行进速度是每秒钟 1 厘米。

但是 2018 年 6 月 10 日,火星上发生一场大规模的沙尘暴,遮住阳光,使得倚靠太阳能面板维持动力的机遇号无法充电而进入休眠模式。在这之后,NASA 的工程师传输了超过一千次的讯号,试图 “唤醒” 机遇号,一直没有获得回应。

机遇号在火星的 15 年期间,也曾遭遇过沙尘暴与其他困境,像是 2005 年 4 月到 6 月之间,先后卡在尘土中,但最后经过在地球的科学家多次试验之后,机遇号都挺过难关。

因此当去年底机遇号失联数个月,NASA 打算宣告任务结束,为下一个火星探测项目准备,却遭到科学家们反对,他们希望为机遇号争取机会。一直到今年的 2 月 13 日,NASA 决定不再与机遇号联系。

“正是因为有机遇号执行开疆辟土的任务,才有机会让我们勇敢的宇航员未来能踏上火星表面。”NASA 局长吉姆·布里登斯廷 (Jim Bridenstine)宣告任务结束时说。

2003 年机遇号发射之前,NASA 预估这项任务顶多执行 90 个火星日。但机遇号的寿命不仅比预期时间多出 30 倍,从 90 天延至 5111 天,行走里程数超过 45 公里,更写下火星探测车的多项纪录,包含打破 NASA 在地球之外的探测车行驶纪录;提供超过 21.7 万张的火星照片;发现了在水中形成的矿物质赤铁矿(hematite)等。

1970 年代前苏联与美国就已经将探测车送上火星,由于当时对火星的了解不够充分,探测车的任务都不能持续太久。不过,1971 年被美国派往火星的太空探测卫星“水手九号”(Mariner 9),却为地球带来许多火星的基本信息。

当水手九号刚抵达火星外围时,发现大气层充满灰尘,完全无法看清地表,这个状况持续好几个月,沙尘暴才停止。此后,火星地表的照片开始传向地球,人类才有机会看到火星地表上的地理现况。

1999 年美国发射的索杰纳号(Sojourner)和火星探路者号(MESUR Pathfinder)的任务则持续 83 个火星日。

综合上述经验累积,NASA 给机遇号设定了保守任务执行时间:90 天(火星日)。这是指任务执行的期间,而非指机体的极限。若排除沙尘暴影响电力供应等问题,机遇号的轮胎与硬体设备事实上都是支持它继续行驶。另一方面,机遇号尽管曾遭遇多次沙尘爆,但后续也有风将沙尘从太阳能板中吹走。

NASA 的科学家也多次在地球替机遇号解除许多困难,继续延长它的服役期间。

就在机遇号的旅程结束的这一天,社交媒体上除了一片哀悼,更有不少人惊讶于,为何一个预估 90 天任务的火星探测车可以超期服役 30 倍的时间。

卫星、探测器、国际空间站……航天器超期服役很常见

中国科学院国家空间科学中心王静曾公开撰文表示,超期服役对于航天任务来说,其实是相当普遍的事,毕竟航天成本高昂,“要是试试还能工作,不如让它发挥一些余热。航天器实在是工作能力到头了,就停止工作,此时如果不主动把它推离轨道、让它坠入大气烧毁,它就会长期停留在轨道上,直到逐渐速度降低脱离轨道烧毁,寿命也就终结了。航天器离地球近的话,空气密度较大、阻力也较大,更容易减速,速度小了不能支撑圆周运动,就会在地球引力作用下下降然后烧毁在大气中。所以航天器设计的寿命也包含这个考虑。”

实际上,像“机遇号”一样超期服役的航天器还不少,比方说目前还在服役中的国际空间站、俄罗斯太空电波望远镜 Spektr-R、哈勃空间望远镜、钱德拉X射线空间望远镜、斯皮策红外空间望远镜。

以 1990 年 4 月 24 日发射的哈勃空间望远镜为例,原定服役期为 15 年,但到现在已经超出预期时间 13 年,计划会在轨道上继续工作至少到 2021 年。

这段期间内,哈勃空间望远镜历经了四次大型的维修任务,最近一次是在 2009 年 5 月,再度替哈勃空间望远镜更新了光学组件,并且更新系统或是调整轨道,让它可以继续“超期服役”。

航天器的成本高昂,不光是体现在研发新项目,维护老旧航天器的成本同样高昂,以斯皮策空间望远镜为例,尽管目前硬体设备都保持良好,推进器的氮气也足以支持它运行十年,但每年的维修费都至少 1400 万美元起跳,对于近几年财政紧张的 NASA 来说,着实为大问题。

NASA 目前正在寻找其他商业机构的投资基金,若找不到,就计划于今年 3 月停止斯皮策空间望远镜的任务。

不光是定期维修,不同航天器所面临的风险不尽相同,在难以预测的外太空当中,总有意外,让服役期就此打住或延长。

和平号空间站

哈勃望远镜

1986 年 2 月 19 日,前苏联政府所发射的第三代空间站“和平号”,原先预估 5 年的寿命,但最终却一直超期服役了 9 年。

2000 年底,俄罗斯联邦太空总署因和平号部件老化且缺乏维修经费,决定将其坠毁。隔年 3 月 23 日让和平号坠入地球大气层。

在坠毁的前三年,和平号曾经历过一次惊心动魄的事件,让它得以继续服役。

1997 年 6 月英国的天体物理学家迈克尔·福勒(Michael Foale)正在和平号里,当时有一艘名为进步号的无人货运飞船(Progress)与和平号相撞,摧毁了一块太阳能电板,并且损坏空间站的外壳,导致空气泄漏,空间站开始自旋。

接着,迈克尔·福勒与俄罗斯队友配合,挽救了和平号。他把拇指放在窗口测量恒星运动,然后利用物理学原理计算出了空间站的旋转速率,然后地面任务控制人员根据这些信息启动了发动机,使空间站恢复稳定。

人类的好奇心促使更多航天器进入太空。

根据美国 NGO 智库“忧思科学家联盟”(Union of Concerned Scientists, UCS)的统计,目前各国发射至太空的卫星共有1957 颗,其中美国共有 849 颗、中国有 284 颗、俄罗斯有 152 颗。

但除了这些运行中的卫星,此前退役或是遭遇意外的飞行器、空间站,卫星不少都已经成了漂流在宇宙的“太空垃圾”(space debris)。

2009 年 2 月,就有两颗近地轨道的退役卫星发生碰撞事件,并造成 1984 磅(约 900 公斤)的垃圾。

英国媒体曾把南太平洋皮特凯恩群岛以南约 2700 公里的海域,形容为“卫星公墓”,尽管大部分的航天器在穿越大气层会烧毁,但还是有体积较大的卫星会留下残骸,回到地表。


制图 / 冯秀霞

题图来自 NASA/JPL

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