31岁的哈勃望远镜停运已十多天,计算机故障原因仍然未知

实习生 刘航 澎湃新闻记者 孙艺真

2021-06-30 07:39 来源:澎湃新闻

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已“服役”31年的哈勃空间望远镜自6月13日停止工作,截至25日,科学家尚未完全查明停运原因。
根据美国宇航局的消息,哈勃望远镜的有效载荷计算机在美国东部时间6月13日16时许停止运行,计算机停止接收表明一切正常的“保持运行”(keep-alive)信号。之后,计算机自动将所有科学仪器切换到安全模式中。
有效载荷计算机是1980年代建造的NASA标准航天器计算机-1(NSSC-1)系统,它作用关键:不仅能够控制和协调科学仪器、监控其健康和安全,也能分析和操作它收集的数据。哈勃望远镜

哈勃望远镜

6月14日,美国宇航局的戈达德航天中心的控制中心人员重新启动了有效载荷计算机,但很快就遇到了同样的问题。而望远镜本身及其科学仪器仍然保持良好的状态。初步迹象表明,计算机停运的原因是其内存模块性能下降,然而,当运营团队尝试切换到备用内存模块时,启动备用模块的指令未能完成。
有效载荷计算机位于科学仪器控制和数据处理(Science Instrument Command and Data Handling,简称SI C&DH) 单元上,该单元能使所有科学仪器系统保持同步,它与DMU一起处理、格式化和临时存储数据记录器上的信息,以及将数据传输到地面。
目前的装置是在2009年5月由宇航员在航天飞机任务STS-125中安装的替代装置,因为原始装置在2008年发生了故障。替换装置有一个CPU和四个独立的内存模块。
哈勃太空望远镜上有两台有效载荷计算机,其中一台备用。当一台计算机出现问题,就可以切换到备用计算机。两台计算机都可以访问和使用任一内存模块。(有效载荷计算机一次仅使用一个内存模块,其他三个内存模块备用。)
两台有效载荷计算机的硬件主要包括:处理协调和控制科学仪器的命令的中央处理模块(CPM);在计算机的CPM和其他组件之间架起通信桥梁作用的标准接口(STINT);含有在硬件之间传递信号和数据的线路的通信总线;一个用于存储仪器的操作命令的有源内存模块,以及三个备用的内存模块。
根据6月22日的消息,在对计算机的内存模块进行多次测试后,调查人员发现内存错误只是症状,而真正的原因可能在于计算机硬件。运营团队开始调查是否为STINT硬件或CPM本身的原因。如果该计算机的问题无法解决,运营团队将准备切换到备用计算机上的STINT和CPM硬件。
6月23日和24日进行了额外测试,包括首次在太空中打开备用计算机。该计算机自2009年被安装到航天器上以来则一直未通电,但它在地面上、在安装之前有过测试。
额外测试的结果表明,来自主要和备份有效载荷计算机的这些硬件的许多组合都遇到了相同的错误——写入或读取内存的指令不成功。由于所有单个硬件元素都不太可能有问题,因此该团队现在正在将SI C&DH 上的其他硬件视为可能的罪魁祸首,包括控制单元(control unit,简称CU)、科学数据格式器(science data formatter units,简称SDF)。CU用于将命令和数据格式化,并发到科学仪器等特定目的地,SDF能把来自科学仪器的科学数据格式化,再传输到地面。
该团队也在查看功率调节器来判断电压供给是否正常。功率调节器能够确保稳定的恒定电压供应。如果电压超出限制,就可能会造成所观察到的问题。
美国宇航局6月25日消息称,在接下来的一周内(编者注:也就是本周),该团队将继续评估SI C&DH单元上的硬件,以确定是否还有其他原因导致了问题。如果运营团队确定CU、SDF或电源调节器是可能的原因,他们将建议切换到备用CU、SDF模块和备用电源调节器。
哈勃太空望远镜以天文学家爱德温·哈勃命名,是一个大型天基天文台。自1990 年在“发现”号航天飞机上发射以来,它彻底改变了天文学。
哈勃太空望远镜在地球表面上方340英里(约547千米)的轨道上运行,远高于雨云、光污染和大气层扭曲,这使其拥有特别清晰的视线。哈勃的视野范围也很广,从紫外线延伸到可见光(人们肉眼可见的)和近红外线。
哈勃望远镜观察了一些至今为止所见的最遥远的恒星和星系,它在观测在发现和描述宇宙中神秘的暗能量方面发挥着关键作用。到目前为止,哈勃望远镜进行了超过140万次观测。已经发表了超过18000篇经过同行评审的科学论文
得益于五次宇航员的维修工作,哈勃望远镜中不断获得新的尖端科学仪器,其工作能力也在不断提升。同时,维修工作也会更换和升级老化部件,从而大大延长了望远镜的使用寿命。
第一次维修是为了纠正导致图像模糊的“球差”问题。1993年12月,宇航员首次在轨道上拜访这台望远镜。
1997年进行了第二次维修。不仅更换了故障和退化的部件,还安装了新仪器,将哈勃的波长范围扩展到近红外成像和光谱学,使科学家能够探测宇宙的最遥远之处。比如,太空望远镜成像光谱仪(STIS)。
光谱仪能够将望远镜收集的光分成光谱成分,以便分析其成分、温度、运动状况等化学或物理特性。而STIS能够收集比哈勃以前的光谱仪多30倍的光谱数据和500倍的空间数据。STIS的最主要优势之一是研究超大质量黑洞,它能够通过研究星系中心周围的恒星和气体动力学来寻找大质量黑洞。
1999年11月,由于哈勃望远镜六个陀螺仪中的第四个出现故障(哈勃望远镜至少需要三个稳定陀螺仪来进行科学研究),原本认为的预防性维修的任务变得更加紧迫。第三次维修任务分为两次,第一次提供了新的陀螺仪等设备;第二次的维修中,宇航员更换了哈勃的太阳能电池板并安装了高级勘测相机(ACS)。ACS能看到的波长范围从可见光到远紫外线,它可以在相同的时间内产生它所取代的相机10倍的科学成果。
最后一次维修在2009年5月进行,宇航员安装了两种新的科学仪器——宇宙起源光谱仪(COS)和宽视场相机3(WFC3)。为了延长哈勃望远镜的寿命,还安装了新电池、新陀螺仪、新科学计算机等。此外,还在望远镜底座上安装了一个让望远镜在退役时离轨的装置。
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责任编辑:李跃群
校对:张亮亮
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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