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火星救援真实版:等尘暴终于消散,机遇号能否再报平安?

Steed 发表于  2018-08-22 13:08

机遇号火星车,已经在尘暴中沉睡了2个多月。图片来源:Thomas Cortellesi

NASA的机遇号号火星车,自6月10日起就陷入了沉寂,再也没有跟地球取得过联系。

使用太阳能提供电力的机遇号,此前遭遇了一场遮天蔽日的尘暴,能量来源被尘暴彻底切断。为了应对这一局面,机遇号紧急中断了一切科学探测,只保留了一项任务——定期给地球报个平安。

再后来,这场尘暴愈演愈烈,直至席卷火星全球,发展成了机遇号探索火星15年来经历过的最大尘暴。而机遇号本身,也只在6月10日报过一次平安之后,再没有了任何音讯。

如今,在机遇号失去联络2个多月之后,火星上的这场全球尘暴终于出现了衰退的迹象。所谓“衰退”,指的是虽然仍有灰尘从地面随风扬起,但数量已赶不上从大气里落定下来的尘埃了。

机遇号还能不能醒来,答案可能就快要揭晓了。

等待天空放晴

对于机遇号来说,尘暴开始衰退,意味着τ的数值开始降低。这个参数表示大气的不透明度——数值越高,空气越不透明,能够照到地面的阳光也就越少。

6月10日,机遇号上一次传回测量数据时,τ的数值已经高达10.8。这是它登陆火星15年来测到的最高值,意味着那里的白天实际上已经跟夜晚一样黑了。而在正常情况下,机遇号在火星上实测的τ通常只有0.5。

工程师预测,只有当τ降到2.0以下时,机遇号上的太阳能板才有可能重新给电池充电。已经失联太久的机遇号,显然无法给我们提供这个参数的第一手测量数据。好在,科学家找到了别的办法。

NASA的火星勘测轨道飞行器(MRO)仍在环绕火星运转,它携带的广角相机持续监测着火星的表面。随着火星上的全球尘暴开始逐渐衰退,这台相机拍到的火星表面也变得越来越清晰。这将帮助科学家估测机遇号所在地点τ的数值。

这种方法测得的数据让科学家相信,火星上的天空大概很快就会明朗起来,可以让足够多的阳光再度照耀在机遇号身上。可能过不了多久,这些阳光就能让机遇号恢复体力,尝试给地球再报一次平安了。

没有尘暴的火星(左)和最近被尘暴席卷全球的火星(右),由NASA火星勘测轨道飞行器上的广角相机拍摄。图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

有理由乐观

对于机遇号的命运,科学家保持谨慎乐观,并不是没有理由。

在尘暴刮起来之前,他们对机遇号上的电池作过几项检测,结果显示电池健康状况良好。这是一个好消息,起码在机遇号遭遇这场危机的时候,电池状况不至于会拖它的后腿,也不太可能在尘暴期间恶化太多。

他们还监测了机遇号所在区域的气温。尘暴会起到一定的保暖作用,能让地面温度升得更高。而且,这场尘暴吹起来的时候,机遇号所在的地点刚刚进入夏季。这意味着,哪怕断绝了能源,哪怕身陷黑暗,机遇号应该也能保持足够温暖,有很大的机会存活下来。

但没有人敢保证,机遇号肯定能够活下来。事实上,甚至没有人知道,机遇号现在到底如何了。

三种故障模式

当然,也并不是一无所知,大致的猜测还是有的。

根据之前设置的程序,当机遇号遇到问题的时候,它会进入所谓的“故障模式”,自动采取措施,维持自身的健康状况。而此时此刻的机遇号,最有可能处在以下3种故障模式之中。

第1种模式,称为低电量故障。工程师猜测,机遇号在6月10日中断通信后不久,便进入了这种模式。顾名思义,这种模式意味着机遇号电量不足。它会关闭几乎所有的设备,包括通信装置,进入休眠状态。

唯一不会关闭反而要持续运行的关键设备,是机遇号身上自带的时钟。时钟负责不间断地记录时间,还负责定期唤醒一部分设备,看一眼电量还剩多少。如果电量回升到一定程度,说明有足够的阳光在给自己充电,机遇号就会结束休眠,再度苏醒过来。

但是更有可能,机遇号上电量已经低到连时钟都无力维持了。这会令它进入第2种模式,称为时钟故障。由于计时中断,就算机遇号后来苏醒过来,它也无从了解今天是几月几日,不知道此刻是几点几分。这种情况下,它会利用环境线索,比如阳光的明暗变化,对现在的时间作出自己的估计。

但估计的时间,当然可能不准。这意味着,机遇号可能无法按照事先的约定,准时准点给我们发报平安,让它错过与地球通信的时间窗口。如果很长时间都收不到地球发来的讯息,机遇号就会以为自己的通信设备无法正常工作。这种情况下,它便会进入第3种模式,称为失联故障。它会开始检查设备,并且尝试用不同的方式与地球进行通信。

不论处在以上哪一种模式,地球上的工程师都已经作好了应对,准备好接听机遇号可能发来的信号了。

NASA的深空网络,由设在世界多个位置的巨大碟形天线构成,用于在地球和行星探测器之间保持通信。图片来源:NASA

接听机遇号

为了接听机遇号可能随时打来的报平安电话,工程师动用了著名的深空网络(Deep Space Network)。这是NASA在地球和行星探测器之间保持通信的专用设施,由分布在地球上多个位置的巨大碟形无线电天线构成。

按照事先的约定,每到机遇号该给地球报平安的时候,深空网络中的某台巨型天线就会指向火星,尝试ping一下机遇号。这是网络通信的一个常见操作,相当于拨一下对方的“号码”,先震一下机遇号的“电话”,然后等待它可能作出的回应。这样的操作,每个星期都会进行好几次。

不只如此,为了应对机遇号可能弄错了时间,甚至怀疑通信设备坏掉的情况,喷气推进实验室的无线电科学团队还在深空网络天线上使用了特殊设备,能够监听更宽广的频率范围。每一天,他们都会在机遇号处在白天的那段时间里,记录来自火星的所有无线电信号,然后在录音回放中搜寻机遇号发出的“声音”。

换句话说,只要机遇号醒过来了,就算它没有在正确的时间、按照正确的频率给地球报来平安,工程师也有把握在深空网络的录音里找到蛛丝马迹,想办法恢复与它的联系。

收到回复之后

或许,过不了多久,我们就会第一次收到机遇号发来的回复。

在这之后,工程师可能还要再等上好几个星期,才会收到第二次回复。就像刚从昏迷中苏醒的病人,机遇号也需要一段时间才能康复。工程师可能需要与机遇号多次通信,才能获得足够的信息,来决定接下去如何行动。

首先要做的,是了解更多机遇号的现状。工程师将给机遇号测量体温,查询电池和太阳能板的历史数据记录。如果机遇号忘了时间,工程师也会帮它重新对表。接下来,机遇号会来几张自拍,查看敏感部件上有没有沾染尘埃,还会测试驱动器,看看有没有尘埃滑入内部,影响关节的运动。

收集完毕所有这些数据之后,机遇号的科学团队将进行一次投票,决定机遇号有没有作好准备全面恢复正常运行。

如果醒过来的话,机遇号可能会先来几张自拍。掉落在机遇号上的尘埃,通常都不是什么太大的问题。图片来源:NASA

永久的伤痕

就算恢复了正常运行,机遇号也很可能已经不同于以往了。这场旷日持久的尘暴,恐怕已经在机遇号身上留下了永久的伤痕。

倒不是说,机遇号会因为这场尘暴而变得灰头土脸。掉落在它身上的尘埃,通常都不是什么太大的问题。以往遭遇的火星尘暴,也曾让机遇号的相机镜头上沾满了尘埃。随着时间的流逝,大部分尘埃都会掉落。那些顽固不掉的尘埃,也很容易标记出来,通过后期校准,不会干扰机遇号的科学观测。

真正令人担忧的,是这场尘暴可能给机遇号落下的“病根”。它的电池可能已经放电过量,并且在不活动的状态下呆了太久,可能导致电池容量出现下降。如果电池不能容纳足够多的电量,那就可能影响机遇号的持续运行。这意味着,一些特别耗电的操作,就有可能导致电池欠压,使得机遇号突然断电。

而机遇号最耗电的操作之一,便是在火星漫长而又寒冷的冬季,小心翼翼地给自己加热保暖,以免因为体温过低而被彻底冻坏。在那样的情境之下,一旦电池中断供电,机遇号的命运恐怕会比被尘暴笼罩更加凶险得多。

不过,这都是机遇号醒过来之后才需要担心的事情了。

 登陆火星的第5000个火星日,机遇号留下了这样一张自拍照。但愿这不会是它的最后一张自拍。图片来源:NASA/JPL-Caltech

此时此刻,在火星上的全球尘暴终于开始消散之际,地球上的工程师已经作好了准备,正在侧耳倾听机遇号可能随时发来的信号。

只要能够苏醒过来,这就已经是又一个奇迹了。

机遇号,加油!

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热门评论

  • 2018-08-24 15:53 三体-海人
    引用@zzzhu 的话:月球车玉兔设计寿命三个月,在第二个月出现了故障,后来在不能移动的情况下工作到了两年半。另外月球和火星不知道哪里更艰苦些。。。

    月球更艰苦一些。

    月球基本上没有大气,半个月的白天,半个月的晚上,白天跟晚上的温差能有三百度。即便白天,在太阳光照射下跟在阴影下的温差也相当大,转个身就冻僵了。

    火星一天长度跟地球差不多,有大气,温差不会太大。虽然有沙尘暴,但实际上今年这种情况相当罕见,平常年份没这么暗无天日。

    [4] 评论
  • 2018-08-23 12:01 zzzhu
    引用@天降龙虾 的话:话说,人家的探测器在火星上工作了15年,咱们的“玉兔”才在月亮上蹦跶了多久啊??还活着么????

    月球车玉兔设计寿命三个月,在第二个月出现了故障,后来在不能移动的情况下工作到了两年半。

    另外月球和火星不知道哪里更艰苦些。。。

    [3] 评论
  • 2018-08-22 13:24 天降龙虾

    话说,人家的探测器在火星上工作了15年,咱们的“玉兔”才在月亮上蹦跶了多久啊??还活着么????

    [3] 评论

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全部评论(15)
  • 1楼
    2018-08-22 13:24 天降龙虾

    话说,人家的探测器在火星上工作了15年,咱们的“玉兔”才在月亮上蹦跶了多久啊??还活着么????

    [3] 评论
  • 2楼
    2018-08-22 15:15 Karlson

    这么全球性的大风暴,搁地球上,移动几个大沙丘毫无压力吧。还好火星空气稀薄,不然探测车随随便便被刮跑了,或者被沙丘给埋起来了,乐子就大了。

    无法确定时间的话,既然电力充足,为什么不尝试每小时ping一次地球?嗯,我知道它时间不正确了,可是他心跳频率总是固定的。ping通了,就行了。

    [1] 评论
  • 3楼
    2018-08-22 17:05 神秘进化记录

    总之还是祝火星寿星平安吧。

    [1] 评论
  • 4楼
    2018-08-22 17:12 5美金

    THAAD部署好了吗,怎么没消息了,窝的国。

    [0] 评论
  • 5楼
    2018-08-22 17:31 三体-海人

    Hi!有人在吗?

    [0] 评论
  • 6楼
    2018-08-23 12:01 zzzhu
    引用@天降龙虾 的话:话说,人家的探测器在火星上工作了15年,咱们的“玉兔”才在月亮上蹦跶了多久啊??还活着么????

    月球车玉兔设计寿命三个月,在第二个月出现了故障,后来在不能移动的情况下工作到了两年半。

    另外月球和火星不知道哪里更艰苦些。。。

    [3] 评论
  • 7楼
    2018-08-23 13:27 天降龙虾
    引用@zzzhu 的话:月球车玉兔设计寿命三个月,在第二个月出现了故障,后来在不能移动的情况下工作到了两年半。另外月球和火星不知道哪里更艰苦些。。。

    哦。。考虑到中国航天在探测器设计zhi造方面可能欠缺经验,这结果还算不错啊。。。

    [0] 评论
  • 8楼
    2018-08-23 16:52 acccoco

    可以说很深情了

    [0] 评论
  • 9楼
    2018-08-23 17:00 汉尼拔wang

    以后带个沙尘暴发电机就不怕断电了,如果有的话(手动滑稽)

    [0] 评论
  • 10楼
    2018-08-24 05:42 晞琪
    引用@5美金 的话:THAAD部署好了吗,怎么没消息了,窝的国。

    这种国际性的文章非要扯上THADD吗?

    [0] 评论
  • 11楼
    2018-08-24 10:47 Jilupa.D

    机遇号说不定已经开始种土豆了

    [0] 评论
  • 12楼
    2018-08-24 15:53 三体-海人
    引用@zzzhu 的话:月球车玉兔设计寿命三个月,在第二个月出现了故障,后来在不能移动的情况下工作到了两年半。另外月球和火星不知道哪里更艰苦些。。。

    月球更艰苦一些。

    月球基本上没有大气,半个月的白天,半个月的晚上,白天跟晚上的温差能有三百度。即便白天,在太阳光照射下跟在阴影下的温差也相当大,转个身就冻僵了。

    火星一天长度跟地球差不多,有大气,温差不会太大。虽然有沙尘暴,但实际上今年这种情况相当罕见,平常年份没这么暗无天日。

    [4] 评论
  • 13楼
    2018-08-26 09:16 西住美穗的老公
    引用@天降龙虾 的话:哦。。考虑到中国航天在探测器设计zhi造方面可能欠缺经验,这结果还算不错啊。。。
    中国探月工程总设计师吴伟仁表示,更好迎战昼夜极热极冷的月面环境,是嫦娥四号月球车升级提高的重要方面之一,这样做实际上也是吸取了“玉兔”当年的教训。2014年2月10日,由于巨大温差的影响,“玉兔”据信出现线路异常,在月夜休眠后遭遇唤醒难题,之后虽然“苏醒”,但是“带伤”工作,在一定程度上影响了在月面的表现。除了温度控制防护之外,嫦娥四号月球车还针对线路方面,进行了设计改进和试验验证,切实做到“吃一堑,长一智”。(官方解释的玉兔的故障)
    [0] 评论
  • 14楼
    2018-08-28 12:39 拼音佳佳2

    能不能醒来才是问题,不知道日期是个小问题:观察天空几颗恒星的相对位置,就可以推算出当前日期.终结者外传电视剧,超越时空之后,观测夏季大三角推测出当前日期时间.

    [0] 评论
  • 15楼
    2018-09-10 10:30 石三伢子_X16

    文章中的透射比τ应为吸光度A,大气越不透明,吸光度越大,透射比越小

    [0] 评论

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