因一个计算机故障而“停工”!观测宇宙 30 多年的哈勃太空望远镜还能坚持多久?

百家 作者:CSDN 2021-06-22 21:11:37 阅读:302

整理 | 郑丽媛
出品 | CSDN(ID:CSDNnews)

1990 年 4 月 24 日,一个名为哈勃的太空望远镜,背负着“探测宇宙深空,解开宇宙起源之谜,了解太阳系、银河系和其他星系的演变过程的任务,在美国肯尼迪航天发射中心成功发射,至今已观测宇宙三十余年。

这三十多年来,哈勃在宇宙拍摄了无数照片,产生许多重要的科学研究成果,帮助人类深入了解宇宙,已然成为人类史上最为重要的天文仪器之一。

但近期,哈勃望远镜却因为一个计算机故障而“停工”了,NASA 多次尝试修复但都以失败告终


有效载荷计算机突然“停机


6 月 13 日哈勃太空望远镜上的有效载荷计算机突然停止运行(有效载荷是航天器在轨发挥最终航天使命的最重要的一个分系统)导致哈勃太空望远镜也处于停机状态。

有效载荷计算机停止运行后,NASA 发现主航天器计算机停止接收“保持活动”信号,哈勃望远镜的科学仪器也都处于“安全模式”(即望远镜进入稳定配置,直到地面实施解决方案以纠正问题并使任务恢复正常运行),即一切正常,所以 6 月 14 日 NASA 便尝试重启计算机,但意外地失败了。

据 NASA 介绍,这台突然“停机”的有效载荷计算机建于 1980 年代,用于控制和协调航天器上的科学仪器,是一个宛如哈勃大脑一般的存在“大脑”突然瘫痪,NASA 的工程师们自然急忙分析数据以查明问题所在,初步迹象表明计算机内存模块性能下降可能是导致计算机停止运行的原因。

因此哈勃团队便尝试切换到望远镜上的三个备用内存模块之一(有效载荷计算机一次仅使用一个内存模块,其他三个用作备份),可启动新模块的命令却不起作用。6 月 17 日,哈勃团队再次对两个模块进行了另一番尝试,以获取更多诊断信息,同时尝试使这些内存模块联机,但都没有成功。

哈勃望远镜“停工”多天却无法修复,此事非同小可。因此 NASA 在官网上更新了此事件的进度,不过并没有透露过多:

“NASA 将继续致力于解决哈勃太空望远镜上的有效载荷计算机的问题。运营团队将运行测试并收集有关系统的更多信息,以进一步排查问题。直到问题得到解决,科学仪器都将保持在安全模式状态。望远镜本身和科学仪器也将保持良好的健康状态。”

不过在这条更新中,NASA 也指出哈勃有第二台有效载荷计算机,两台计算机都可以访问和使用四个独立的内存模块中的任何一个。如果 NASA 无法恢复当前的计算机,应该能够切换到第二台有效载荷计算机。


三十多年间经历多次修复的哈勃


如开头所说,哈勃已经观测宇宙三十多年了,因此这并非它第一次出故障,甚至都不是今年第一次出故障。

今年 3 月,由于上传到航天器的增强功能中存在软件错误,用于通过测量航天器转动速度来帮助哈勃转动并锁定新目标的陀螺仪中并没有写入计算机内存中特定位置的权限,导致主飞行计算机出现问题,随后航天器进入安全模式。

好在一周内,NASA 就解决了这个问题并使哈勃望远镜重新上线。

除此之外,这三十多年间宇航员还曾五次上太空以解决哈勃存在的问题或更换旧部件。

  • 第一次:1993 年

移除了哈勃旧的广角和行星照相仪,替换安装了功能更为强大的 2 号广角和行星照相仪。

  • 第二次:1997 年

为哈勃更换了 11 种新设备,包括近红外照相机、多目标分光仪和太空望远镜图像摄谱仪等,还修补了望远镜上剥落的绝缘层。

  • 第三次:1999 年

更换了哈勃的六台陀螺仪、一个精细导星传感器和计算器和绝热的毯子,另外为防止电池过热,还安装了一套组装好的电压/温度改善工具。

  • 第四次:2001 年

为哈勃安装测绘照相机、更换太阳能电池板以及工作了 11 年的电力控制装置,此外还激活了休眠状态的近红外照相机和多目标分光计。

  • 第五次:2009 年

为哈勃安装了宇宙起源光谱仪、宽视场相机 3、6 个负责望远镜指向的新陀螺仪、一套帮助望远镜指向正确的方向的全新精细制导系统;对哈勃的高级巡天相机和太空望远镜成像光谱仪进行了现场维修;此外,哈勃用了 18 年的旧电池也替换成了新电池。

这就是哈勃能观测宇宙三十余年后仍能正常工作的原因:宇航员在哈勃的整个生命周期中通过更换或升级老化部件,赋予了哈勃新的能力。不过相比以上这些不得不派宇航员上太空解决的硬件问题,这次有效载荷计算机的故障应该不至于上太空,因为按 NASA 目前的说法,采用备用计算机就可以解决。


哈勃还能坚持多久?


不过即使如此,有一个很现实的问题还是摆在了我们面前:哈勃还能坚持多久?

哈勃已经三十多岁了,几经修补的它已经不如曾经那般鲜活,24 小时的无间断工作令其不断损耗。因此与其“缝缝补补”,造一个更为先进、功能更加强大的“继任者”或许更值得。

詹姆斯·韦伯太空望远镜,即 JWST,就是新一代红外线望远镜,质量仅 6.2 吨,约为哈勃(11吨)的一半;主反射镜由铍制成,口径达 6.5 米,面积是哈勃的 5 倍以上。目前预计 JWST 将在今年 11 月发射,不过这也无法定言,因为原本 JWST 应在 2014 年升空,后来却因为种种原因被多次推迟。

与围绕地球进行运动的哈勃不同,JWST 将在地球和太阳之间进行运动,其主要任务也与哈勃有所不同,负责观测宇宙大爆炸后所遗留的微波辐射,所以 JWST 是不是以哈勃的替代品而诞生尚未可知。

但在 2009 年对哈勃的第五次维修中,宇航员对哈勃安装了一枚小型推进装置,以便让哈勃能够受控坠入大气层,由此看出 NASA 早已做好哈勃“退役”的准备,只是这一天还没真正到来。

参考链接:

  • https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/operations-underway-to-restore-payload-computer-on-nasas-hubble-space-telescope/

  • https://www.iflscience.com/space/a-computer-glitch-stopped-hubbles-operations-so-far-restart-efforts-have-failed/

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