超期服役14年,“機遇號”為何能如此長壽?
NASA的“機遇號”火星探測器能夠如此長壽,靠的不僅僅是運氣而已。2004年1月,機遇號和它的孿生兄弟勇氣號相隔幾週,相繼降落在火星表面。當時為它們設定的任務時長為90天,目標為尋找火星遠古時期水活動的跡象。勇氣號對火星的探索持續到2010年,機遇號則一直持續到去年六月、一場規模巨大的沙塵暴席捲火星為止。
在這張由NASA火星探測器“機遇號”全景攝像機拍攝的照片中,一個名叫“聖路易斯精神”(Spirit of St。 Louis)的隕石坑和一塊尖尖的岩石佔據了畫面的主體。
右圖為機遇號在2014年3月末拍的“自拍照”。與同年1月拍攝的一張相似照片相比,可以看出太陽能電池板上的大部分灰塵都被清理乾淨了。
NASA噴氣推進實驗室“火星探測漫遊者”項目主管約翰•卡拉斯(John Callas)表示,勇氣號和機遇號的運行時間之所以能大大超出原定計劃,是一系列因素綜合起來的產物。
其中之一是火星天氣。任務團隊剛開始將任務時長設為90天,是因為他們當時認為,火星上的沙塵不久便會遮蔽兩台火星探測器的太陽能電池板,使其無法運行。但在第一個火星冬季尚未到來時,火星表面的強風就把太陽能電池板上的沙塵吹拂一空了。而且這種有利事件接連不斷地發生。
“這成為了一種穩定的季節性事件,讓兩台火星探測器不僅成功度過了第一個冬天,後面的每個冬天都得以順利度過,並不斷探測下去。”卡拉斯在噴氣推進實驗室宣布“火星探測漫遊者”項目結束的儀式上表示。
兩台漫遊車還有“整個太陽系最出色的電池。”卡拉斯補充道。機遇號的主電池經歷了5000多個“充電-放電’週期,直至最後被沙塵暴襲擊時,電池容量還剩下85%。
能夠清除灰塵的強風,加上性能出眾的電池,“使我們擁有了熬過最冷、最黑暗的火星冬季、並繼續探索的關鍵能量。”卡拉斯說道。
當然,兩台探測器的卓越設計不僅體現在電池上。勇氣號和機遇號的其它各個部件都極為堅固耐久,如電子“大腦”、輪子、科學儀器等。在距地球數百萬公里之外那個冰冷、乾燥、充滿輻射的世界,它們堅持的時間長得令人驚嘆。
NASA強調,探測器操控員們也值得很高的讚譽。機遇號和勇氣號都遇到過一些棘手的情況,需要很出色的創造力和決斷力,而且要很長時間才能完成修正。比如2005年,機遇號曾經陷入了一堆軟沙中。機遇號的操控員們在噴氣推進實驗室模擬火星環境的“沙盒”中測試了多種可能的解決方案,最終在壓力重重的幾週後,成功將機遇號救了出來。
此外,該團隊常常讓機遇號倒著開,以延長右前輪的使用壽命。機遇號的右前輪消耗的電流有時會比額定電流大一些。“我們在解決問題、讓機遇號持續運行、繼續探索等方面很有創新精神。”卡拉斯說道。
那麼,最終是什麼東西“殺死”了這兩台火星探測器呢?
2009年,勇氣號陷入了一些軟沙中。任務團隊反复嘗試將其解救出來,卻總是以失敗告終。勇氣號因此度過了一個難熬的冬天,因為它無法通過控制方向獲得陽光。2010年,勇氣號與地球進行了最後的通訊。2011年,NASA正式宣告了勇氣號的“死亡”。從本質上來說,它可以說是被“凍死”的。
機遇號的生命則終結於一場創紀錄的全球性沙塵暴中。它之前也經歷過幾次沙塵暴,但2018年的那場實在超出了它的承受能力。
有意思的是,要不是因為2004年降落不久後的一點小故障,機遇號原本可能有機會熬過這場沙塵暴的。當時,機遇號機械臂上的一台加熱器卡在了“開”模式。機遇號操控員決定每晚將探測器上的一切裝置統統關閉,也包括這台加熱器在內,防止這台出問題的加熱器把至關重要的電池電力消耗殆盡。
“探測器的溫度當然會下降,但仍能保持一定溫度,這樣當早晨太陽升起後,各個裝置便可以繼續充電。它從未降到溫度下限以下過。”卡拉斯指出。
如果任務團隊當初沒有採取這項措施,機遇號的運行時間可能比原定的90天長不了多久。
但當機遇號在去年那場沙塵暴中耗盡電力之後,它的任務時鐘可能出了問題,導致該探測器不知何時該切換到深度睡眠模式。
“因此它可能並未按需要的那樣、在夜間切換成睡眠模式。再加上加熱器一直卡在’開啟’上,耗光了太陽能電池板利用陽光給電池充上的電力。”卡拉斯解釋道,“除了沙塵暴期間溫度更低、陽光更少等事實之外,這可能也是機遇號一蹶不振的原因之一。”
“火星探測漫遊者”項目首席科學調查員史蒂夫•斯奎爾斯(Steve Squyres)表示,無論具體情況如何,勇氣號和機遇號在火星上的犧牲都堪稱光榮。該任務也做出了巨大的科學貢獻。兩台探測器都發現了大量證明火星在數十億年前曾經“濕潤”的證據,大大改變了我們對火星的演變過程和遠古時期宜居可能性的認識。勇氣號甚至發現了一套古老的熱液系統,說明火星至少有一部分曾同時擁有液態水和能量來源。就我們所知,這是生命形成的兩大關鍵要求。
因此斯奎爾斯表示,機遇號的“死亡”和火星探測漫遊者任務的終結令他頗感欣慰。
“如果它注定要終結,那這也是個不錯的結局。”