31歲的哈勃望遠鏡停運已十多天,計算機故障原因仍未知
2021年06月30日10:51

  已“服役”31年的哈勃空間望遠鏡自6月13日停止工作,截至25日,科學家尚未完全查明停運原因。

  根據美國宇航局的消息,哈勃望遠鏡的有效載荷計算機在美國東部時間6月13日16時許停止運行,計算機停止接收表明一切正常的“保持運行”(keep-alive)信號。之後,計算機自動將所有科學儀器切換到安全模式中。

  有效載荷計算機是1980年代建造的NASA標準航天器計算機-1(NSSC-1)系統,它作用關鍵:不僅能夠控制和協調科學儀器、監控其健康和安全,也能分析和操作它收集的數據。

哈勃望遠鏡
哈勃望遠鏡

  6月14日,美國宇航局的戈達德航天中心的控制中心人員重新啟動了有效載荷計算機,但很快就遇到了同樣的問題。而望遠鏡本身及其科學儀器仍然保持良好的狀態。初步跡象表明,計算機停運的原因是其內存模塊性能下降,然而,當運營團隊嚐試切換到備用內存模塊時,啟動備用模塊的指令未能完成。

  有效載荷計算機位於科學儀器控制和數據處理(Science Instrument Command and Data Handling,簡稱SI C&DH) 單元上,該單元能使所有科學儀器系統保持同步,它與DMU一起處理、格式化和臨時存儲數據記錄器上的信息,以及將數據傳輸到地面。

  目前的裝置是在2009年5月由宇航員在航天飛機任務STS-125中安裝的替代裝置,因為原始裝置在2008年發生了故障。替換裝置有一個CPU和四個獨立的內存模塊。

  哈勃太空望遠鏡上有兩台有效載荷計算機,其中一台備用。當一台計算機出現問題,就可以切換到備用計算機。兩台計算機都可以訪問和使用任一內存模塊。(有效載荷計算機一次僅使用一個內存模塊,其他三個內存模塊備用。)

  兩台有效載荷計算機的硬件主要包括:處理協調和控制科學儀器的命令的中央處理模塊(CPM);在計算機的CPM和其他組件之間架起通信橋樑作用的標準接口(STINT);含有在硬件之間傳遞信號和數據的線路的通信總線;一個用於存儲儀器的操作命令的有源內存模塊,以及三個備用的內存模塊。

  根據6月22日的消息,在對計算機的內存模塊進行多次測試後,調查人員發現內存錯誤只是症狀,而真正的原因可能在於計算機硬件。運營團隊開始調查是否為STINT硬件或CPM本身的原因。如果該計算機的問題無法解決,運營團隊將準備切換到備用計算機上的STINT和CPM硬件。

  6月23日和24日進行了額外測試,包括首次在太空中打開備用計算機。該計算機自2009年被安裝到航天器上以來則一直未通電,但它在地面上、在安裝之前有過測試。

  額外測試的結果表明,來自主要和備份有效載荷計算機的這些硬件的許多組合都遇到了相同的錯誤——寫入或讀取內存的指令不成功。由於所有單個硬件元素都不太可能有問題,因此該團隊現在正在將SI C&DH 上的其他硬件視為可能的罪魁禍首,包括控制單元(control unit,簡稱CU)、科學數據格式器(science data formatter units,簡稱SDF)。CU用於將命令和數據格式化,併發到科學儀器等特定目的地,SDF能把來自科學儀器的科學數據格式化,再傳輸到地面。

  該團隊也在查看功率調節器來判斷電壓供給是否正常。功率調節器能夠確保穩定的恒定電壓供應。如果電壓超出限製,就可能會造成所觀察到的問題。

  美國宇航局6月25日消息稱,在接下來的一週內(編者註:也就是本週),該團隊將繼續評估SI C&DH單元上的硬件,以確定是否還有其他原因導致了問題。如果運營團隊確定CU、SDF或電源調節器是可能的原因,他們將建議切換到備用CU、SDF模塊和備用電源調節器。

  哈勃太空望遠鏡以天文學家愛德溫·哈勃命名,是一個大型天基天文台。自1990 年在“發現”號航天飛機上發射以來,它徹底改變了天文學。

  哈勃太空望遠鏡在地球表面上方340英里(約547千米)的軌道上運行,遠高於雨雲、光汙染和大氣層扭曲,這使其擁有特別清晰的視線。哈勃的視野範圍也很廣,從紫外線延伸到可見光(人們肉眼可見的)和近紅外線。

  哈勃望遠鏡觀察了一些至今為止所見的最遙遠的恒星和星系,它在觀測在發現和描述宇宙中神秘的暗能量方面發揮著關鍵作用。到目前為止,哈勃望遠鏡進行了超過140萬次觀測。已經發表了超過18000篇經過同行評審的科學論文

  得益於五次宇航員的維修工作,哈勃望遠鏡中不斷獲得新的尖端科學儀器,其工作能力也在不斷提升。同時,維修工作也會更換和升級老化部件,從而大大延長瞭望遠鏡的使用壽命。

  第一次維修是為了糾正導致圖像模糊的“球差”問題。1993年12月,宇航員首次在軌道上拜訪這台望遠鏡。

  1997年進行了第二次維修。不僅更換了故障和退化的部件,還安裝了新儀器,將哈勃的波長範圍擴展到近紅外成像和光譜學,使科學家能夠探測宇宙的最遙遠之處。比如,太空望遠鏡成像光譜儀(STIS)。

  光譜儀能夠將望遠鏡收集的光分成光譜成分,以便分析其成分、溫度、運動狀況等化學或物理特性。而STIS能夠收集比哈勃以前的光譜儀多30倍的光譜數據和500倍的空間數據。STIS的最主要優勢之一是研究超大質量黑洞,它能夠通過研究星系中心周圍的恒星和氣體動力學來尋找大質量黑洞。

  1999年11月,由於哈勃望遠鏡六個陀螺儀中的第四個出現故障(哈勃望遠鏡至少需要三個穩定陀螺儀來進行科學研究),原本認為的預防性維修的任務變得更加緊迫。第三次維修任務分為兩次,第一次提供了新的陀螺儀等設備;第二次的維修中,宇航員更換了哈勃的太陽能電池板並安裝了高級勘測相機(ACS)。ACS能看到的波長範圍從可見光到遠紫外線,它可以在相同的時間內產生它所取代的相機10倍的科學成果。

  最後一次維修在2009年5月進行,宇航員安裝了兩種新的科學儀器——宇宙起源光譜儀(COS)和寬視場相機3(WFC3)。為了延長哈勃望遠鏡的壽命,還安裝了新電池、新陀螺儀、新科學計算機等。此外,還在望遠鏡底座上安裝了一個讓望遠鏡在退役時離軌的裝置。

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