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9年跋涉,“新视野”号圆梦在即

作者:计算机信息
出处:www.lunrr.com
时间:2020-01-03

作者:冯李飞来源:中国科学新闻,发布日期:2015/7/8 8:85:25

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冥王星,我在这里

9年跋涉,“新视野”梦想在7月14日实现,“新视野”将飞越冥王星距离“水手4号”飞越火星50年,返回它的第一张照片。

艾伦斯特恩在美国新视野任务控制室外查看航天器说明。资料来源:PAUL FETTERS

所有摄像机都到位。美国科罗拉多州博尔德西南研究所的行星科学家艾伦斯特恩身穿黑色衣服,大步走过停车场。虽然他不高,但他比一般人移动得快,甚至他的大脑通常也比其他人移动得快。日本广播协会的电影摄制组是斯特恩身后的四个团队之一。电影摄制组将“长枪和短枪”对准斯特恩,以便在清晨进行远程观看。

斯特恩进行了一次快速低空飞行。“嗨,妈妈!”正如他所说,他竖起大拇指,进入约翰霍普金斯大学应用物理实验室的空间科学大楼。

大楼中庭上方悬挂着美国宇航局太空探测器“新视野”的半尺寸模型。该模型实际上显示,太空旅行距离地球50亿公里,其旅行将每天增加100多万公里。这个探测器看起来出奇的小,不比斯特恩本人大多少。但是像斯特恩一样,他的“野心”也不小。探测器包裹在金属箔层中,以保护其装载的仪器和计算机免受寒冷。由于探测器远离太阳,太阳能电池板也没用,所以探测器内部安装了放射性钚脉冲引擎。探测器的后部由一个大的无线碟形天线控制,它可以帮助探测器和地球在光传播4个半小时的距离内进行通信。

25年坚持很快相遇

2006年,冥王星被降级为矮行星,这一变化令斯特恩感到不安。然而,斯特恩可能会说,冥王星的科学和公众声望由于因果关系的逆转而飙升。现在看来冥王星不是太阳系的最终目的地,而是通向新边疆的“守门员”。“新的前沿”是柯伊伯带,一个由数十亿个绕海王星轨道运行的小冰体组成的圆盘。天文学家杰拉德柯伊伯在1951年提出了盘碟理论,直到1992年才得到证实。现在冥王星不再是太阳系中最小的行星,而是柯伊伯带中的“行星之王”。

7月14日,新视野号将飞越冥王星在水手4号飞越火星并返回第一张照片50年后。斯特恩为这一刻已经工作了25年:10年来,他一直怀着政治和科学的夙愿呼吁完成这项任务。五年来制造探测器;近十年的太空旅行。他是耗资7亿美元的太空任务的首席科学家,这是有史以来由非美国宇航局雇员主持的最大、最昂贵的太空项目。现在,他的目标已经达到99%。

五月的一天,斯特恩从博尔德来到阿普勒,开始了地平线遇到冥王星之前的最后一次科学小组会议。在APL的一个会议室里,50名科学家躺在他们的笔记本电脑前。在头顶的大屏幕上,一段视频激励研究小组在阿波罗11号任务期间在指挥室录制了一段简短的对话。“指导?往前走。控制?向前!”视频中,高级指挥官的声音在会议室回荡。项目科学家哈尔韦弗说,“艾伦精心设计了这一切。”斯特恩希望在布鲁托的30天里每天早上都能播放不同的励志歌曲。“刷子检测只持续了9天,”斯特恩站在讲台上。尽管一切进展顺利,但他认为仍然存在问题。"如果有什么问题困扰着你,一定要尽早提出来。"他的话很谨慎,但他的语气无疑带来了命令、力量和信心。“全世界都在关注我们的任务。在近代历史上,从来没有任何任务像它这样受到如此多的关注。此外,我们只有一次拍照的机会。它不是轨道探测器或着陆器。”这是Mach42的定点跳跃检测。斯特恩必须在这次短期会面中获得尽可能多的信息。

斯特恩怎么强调这项任务的复杂性都不为过。着陆在地球上凸显了降落伞、安全气囊、捕捉工具和制动火箭的复杂性,而轨道探测器在进入轨道时会带来棘手的燃烧问题,其中也包含一些戏剧性的因素。相比之下,定点飞越探测看起来更像是公园里的散步,只有重力在运行,只有按几次相机快门的时间。

在为期9天的“核心遭遇”期间7月14日之前7天,7月14日之后2天,“新视野”将执行一条指令。探测器需要扫描前方的路径以避免危险碎片,需要微小的轨迹修正,并且当探测器距离冥王星几公里内时,还需要将探测载荷的仪器指向461个科学观测目标。

在近距离接触的几个小时内,探测器需要穿过空间中的两个微小的“钥匙孔”冥王星的阴影和它最大的卫星冥王星,也被称为卡戎,所以它可以利用日食作为背光来探测冥王星和冥王星周围的稀薄大气。当它离开冥王星系统的五颗卫星时,新视野号将继续聚焦冥王星,并使用冥王星的月光图来成像冥王星的月球表面。"虽然我们做了很多练习,但我们不能模拟一切."斯特恩说,“我最担心的是我们没有考虑到的事情。”

反复备战意味着成功

目前,工作队有249个应急计划来确定和减轻所有风险。这些风险不仅包括航天器的风险,例如冥王星卫星周围的碎片带,还包括地球表面的风险。例如,在主任务控制室发生紧急情况时,新视野号也可以通过另一个杀伤人员地雷支援大楼进行控制。他们甚至有针对“备用轮胎”的措施:该团队还在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室(JPL)准备了一个最小的控制室基本上是一台新视野兼容的计算机。

哦,当然,有演习。斯特恩夸口说,他已经准备了35次作战准备测试,并反复演练了任务的各个方面。其中,在两年前最大的一次测试中,探测器被模拟为其9天的会议,在此期间,在天王星和海王星之间的空间,装载探测器的设备成功返回到精确的真空空间区域图。

工作队的目标不仅仅是使所有流程顺利运行;他们还将制造一些耸人听闻的消息。有三种所谓的《纽约时报》初步测试,在这三种测试中,科学小组将在一定的时间限制内解释探测器飞行的错误数据,并产生具有标题价值的新闻。为了获得一些收益,斯特恩雇佣了六名记者,让他们签署保密协议,然后将他们放入科学团队。"我从未听说过这样的事。"韦弗说,“我们的一些团队不愿意采取这种方法,建议他说,‘你知道,我们都精通写作。我们可以自己写文章。”“显然,斯特恩没有被说服。

没有人能依靠运气探索太阳系的边界。"没有斯特恩把这项任务推到美国宇航局的咽喉,这样的任务是不可能的."斯特恩在西南研究所的同事哈尔李维森说,“他的意志力和韧性对现在发生的事情起着关键作用。”

斯特恩于1957年11月2日出生在路易斯安那州的新奥尔良。作为研究生,他对冥王星非常感兴趣。斯特恩不屈不挠的性格让许多人想知道冥王星探测后他会做什么。这一刻已经不远了。今年八月,研究小组将选择任务的下一个目标:一个小柯伊伯带物体(KBO)。目前,有两个候选人。这两个小天体的直径约为50公里,预计将于2019年到达。

新视野号的下一个里程碑将出现在20世纪40年代末,届时探测器将穿越太阳系边缘,在那里太阳风产生的粒子将逐渐减少尽管探测器的钚引擎在10年前已经崩溃。离开太阳系后,新视野号将无限期地在银河系中行走。当太阳变成红巨星并吞没地球时,它的生命将超越地球,成为太阳系中人类文明的遗迹。(冯李飞)

《中国科学报》 (2015-07-08第三版国际)

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