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内部故事赞美天体力学空间技术:修复数千或数百万之外的无人太空船听起来不可能,但已多次完成印刷版icon 2013年10月30日

点击量:   时间:2017-07-04 06:19:54

<p>3月1日发射的猎鹰9号火箭,携带一个龙货舱(如图)到国际空间站,完美无缺但是一旦太空舱进入轨道,就出现了一个问题:它的四个推进器中只有一个在工作</p><p>太空船正在漂流,无法稳定自己,更不用说与太空站对接了它的翻滚动作意味着它无法将太阳能电池板转向太阳,并使通信变得困难太空公司的工程师,这家私营公司与美国宇航局签订了160亿美元的合同,美国航天局至少要完成12次货运任务,必须找到一种方法在电池耗尽前的几个小时内救出飞船假设这个问题是由阀门堵塞造成的,SpaceX团队写了软件告诉龙增加然后突然减少阀门上游的压力,希望这种“压力锤击”将解锁东西代码被上传到旋转龙使用强大美国空军提供的无线电盘子一旦被激活,软件就会一个接一个地打开被截止的阀门,并在五小时内恢复对航天器的控制</p><p>在新闻发布会上,SpaceX的创始人埃隆·马斯克称其为“相当于Heimlich演习“问题,它发生了,是由供应商对阀门设计的微小变化造成的</p><p>一旦获救,龙完成其余的任务顺利这是几十年传统的最新例证远程修复,其中任务控制器使用技术技能,即兴创作和好运来恢复受灾航天器的健康或延长其工作寿命 - 以及简单地再次切换事物的旧待命,并希望这种太空黑客攻击的早期例子涉及到Mariner 10,这是一个容易发生事故的NASA探测器,它在1973年执行了金星和水星的飞越</p><p>它受到短路,无线电和电源故障的影响系统,不可靠的录音机,其相机加热器的故障,以及最令人担忧的是,为其稳定推进器提供的大量气体的损失最后一个问题是通过重新定位飞行器的太阳能电池板和主天线以便他们采取行动而巧妙地克服作为太阳帆,通过温和的阳光压力稳定探头在20世纪90年代,美国国家航空航天局发射到木星的探测器Galileo是远程定位器艺术的另一个受益者它的主要天线,折叠起来像一把巨大的伞,未能打开发射后正确地探测器反复转向并远离太阳,希望热膨胀和收缩能够释放天线,但无济于事接下来,天线部署电机开启和关闭了数千次,但是天线仍然卡住进一步的努力包括在将伽利略旋转到其轴上的同时接通电机,并且当它达到木星周围的最大加速度时最终团队放弃了主天线并远程重新编程了飞行器以使用其较小的辅助盘,它以主速度的百分之一速度传输数据但是通过使用压缩软件并让Galileo在其录音机上记录数据后来的传输,最终有可能实现几乎所有探测器的目标在太阳能和日光层观测站(SOHO)探测器(美国国家航空航天局和欧洲航天局之间的一个联合项目)发生陀螺仪故障后,1998年需要更精细的措施</p><p> ESA)SOHO旨在监测太阳活动,但失去对太阳的锁定,进入紧急模式并开始无法控制地旋转,失去动力,因为探测器正在缓慢旋转,太阳光板每分钟一次落在太阳能电池板上每次SOHO的控制器每天发送数千次控制序列,以不同的频率,使其计算机启动25秒,持续六周, g探测器打开它的发射器,以便他们可以告诉命令正在通过它最终它这样做了,并且控制器告诉它给它的电池充电,这样它可以一次保持几秒钟太阳能探测器深度冷冻一旦电池充电,就可以从SOHO下载遥测技术这表明用于稳定飞行器的推进系统处于阴影状态,并且已经冷冻固体 解冻SOHO的200公斤肼燃料涉及重复循环开启其加热器然后再给电池充电,每次逐渐升高水箱的温度最终发出命令序列,使SOHO能够使用其预热的推进器稳定自己</p><p>然后重新编程,在没有三个陀螺仪中的两个的情况下进行操作,并且其科学仪器逐渐重新上线在这三个月的危机中幸存下来,SOHO从那时起一直持续运行,远远超过其两年的设计寿命“它的工程,真的艰苦的工程,“ESHO科学团队负责人,欧洲航空安全局科学团队负责人Bernhard Fleck说,在调查恢复之后”你必须尝试不可能的事情“SOHO的恢复部分依赖于ESA与奥林巴斯的经历,这是一个非常不幸的实验通信1989年发射的卫星于1991年发生故障,进入旋转状态并在重新建立联系之前丢失了一年1992年,它的推进系统必须解冻才能稳定奥林巴斯在1993年的英仙座流星雨中受损并且不得不停止服务但其中一名工程师继续在SOHO工作,这证明是有用的当它也必须从深度冻结中解救出来同样,美国宇航局在20世纪70年代将先锋探测器的教训应用于旅行者探测器于1977年推出,旅行者1号和旅行者2号的连续运行时间超过任何其他空间自从美国宇航局喷气推进实验室(JPL)成立以来,项目科学家兼旅行者项目负责人爱德华•斯通(Edward Stone)表示,在1973年飞越木星的先锋10探测器后,这两个航天器经过了辐射强化,显示出强度来自地球的辐射高于预期结果是为期9个月的重新设计努力,以取代“辐射柔软”的旅行者设计部分,这使得旅行者探测更多的雷利它比先锋工艺更有能力,也可能为他们不寻常的长寿做出贡献:他们现在已经提供了超过35年的数据,并继续打破新的科学基础最初的计划是两个旅行者探测器飞越木星和土星,从一系列仪器中返回照片和信息只需几天就能发射两个几乎完全相同的探测器,这使得它至少有一个会成功;幸运的是,两者都有三台独立的计算机,每台计算机都有自己的备份每个系统中的小型板载内存需要从地球发送完整的程序代码更改,以便让探测器执行不同的任务:这样做了18次在木星飞行期间这种重新编程也使得更容易应对意外问题,并且意味着探测器可以被教授新技巧两个旅行者探测器按照计划从木星和土星发送图像和科学读数,发回数据时间,高速:来自木星的115千比特每秒(kbps)和来自土星的45kbps但是随着探测器进入太空,信号强度(以及因此数据速率)下降,遵循反平方定律:发送器之间的距离加倍接收器和你只获得信号强度的四分之一所以当Voyager 2的任务扩展到包括天王星和海王星的飞越时,任务控制器必须找到一种方法来应对mu可以在如此遥远的距离上实现更低的数据速率:天王星大约9kbps,海王星大约3kbps这样可以下载Voyager 2相机拍摄的图像,每张照片大小为640千字节(大约5兆比特),速度慢且痛苦但是JPL和美国宇航局在地球上有一些技巧,用于与旅行者探测器通信的深空网络的无线电盘子从64米扩大到70米,并且它们的聚焦得到了改进</p><p>新技术也是开发结合多种不同大小的菜肴,进一步提高灵敏度这使得天王星飞越的数据速率增加了三倍,并且涉及更多的菜肴,海王星旅行者2的七倍也有两个微妙的未来防御等待首先,备用飞行计算机可以与主机同时激活,并运行一个单独的程序一个简单的压缩算法被设计并上传到这个辅助系统tem,将图像缩小到初始尺寸的约40% 其次,安装了一些原型硬件,称为Reed-Solomon编码器,但在启动时未激活</p><p>这有效地将错误校正数据添加到传输流中,以便恢复乱码信息教授旧的Voyager新技巧两个Voyager探测器推出了一个更原始的纠错系统,为每个发送的位增加了一位校正新的编码器将其减少到每五位一位</p><p>然而,Stone博士留下了有效的解码器,它可以剥离纠错位和恢复发射时地球上不存在的原始数据当旅行者2号到达天王星时,他们做了所有这些技巧意味着它可以发回更多的图像需要进一步的黑客来帮助Voyager 2指向它的相机完成了土星的传递,控制其相机平台方位角的齿轮卡住了JPL控制器通过重新编程Voyager 2来旋转90°并使用它的ele相反,他们还使用运动补偿算法对探测器的姿态控制系统进行了重新编程,以便在通过天王星及其卫星时旋转飞行器,使其能够产生更加清晰的图像解锁阀门,使用太阳能电池板作为风帆和解冻推进系统都是保存自由飞行探测器的有用技巧美国航空航天局发送到火星表面的各种探测器在一个非常不同的环境中运行,他们也一直在使用一些聪明的修补工具2004年两个相同的探测器,精神和机遇降落在红色星球的两侧</p><p>他们的任务目的是持续90天,但很快就延长到8个月,如果太阳能动力的六轮火星车继续运行数年,覆盖火星表面的长距离,检查矿物和岩层,寻找火星遥远过去的水的证据在火星上向后行驶2006年的齿轮Spirit的右前轮的盒子经历了当前的尖峰并且停止了工作它的控制器通过向后驱动它使它继续前进(它最终在2009年在面粉状的火星土壤中陷入困境,并且在2010年停止工作之前进行固定科学研究当机遇在2008年开始在其左前轮遇到类似的问题时,它的控制器轻轻地将它从它正在探索的火山口中扭转出来</p><p>与精神一样,向后运转车轮似乎放松了它并可能在周围散布润滑油2009年第二次当前的飙升导致了一个重要的决定:机会也将从那时开始向后推进,而不是冒失去一个轮子的风险</p><p>火星车几乎像往前一样灵活倒退 - 但是向后推动它最初无法覆盖每天走很远的距离当向前移动时,机会会发送前面的地面图像,让控制器为它设计一条路线</p><p>路线然后切换到自动驾驶,直到它接收到进一步的指令然而,当向后行驶时,天线阻挡用于发现障碍物的摄像机的部分视图这种有限的机会能够自动向后行驶但是漫游者的司机斯科特麦克斯韦尔,设计了一个聪明的解决方法他意识到如果机会顺时针旋转175°到驱动方向,然后它的摄像机桅杆逆时针旋转相同的量,它的后视图就不受阻碍了这大大增加了机会可以自主覆盖的距离,尽管必须重复每隔12米就有一次机动从那以后一直没有出现任何问题,尽管漫游车的笨拙看着它的肩膀因为障碍物,任务负责人Jon Callas说机遇继续表现良好,尽管有一些疾病因为机器人的“关节炎”它现在随着手臂伸展而开动,以避免它会卡在手臂中缩回位置一条带状电缆(一组并排排列的电线)开始在一侧磨损在地球上测试重复的齿轮后,卡拉斯博士说团队重新编程了火星车的计算机,使用不同的带状信号测量值有线电视以避免问题机遇现已超过35公里,并继续执行有用的科学,登陆九年后2012年8月,机遇号在火星上被更大的火星车,好奇号加入 它的任务负责人迈克沃特金斯说,它的设计受到在红色星球上操作其他漫游者的经验的影响</p><p>他说,目标是避免“先前任务中的学习问题”,这是一种预先排除故障的形式好奇心有一个名义上的使命700天的长度但与精神和机会一样,确保流浪者有99%的机会完成任务长度所需的工作意味着它很可能长时间工作,沃特金斯博士好奇心的大小是一辆小型车,轮子上有更大的关节,这样可以更好地处理障碍物据麦克斯韦先生说,去年他转向驾驶好奇心,它可以在没有注意的情况下驾驶咖啡桌,并且“眼睛比土豆“,总共有17个摄像头(此后他离开NASA在谷歌工作)计算机电源的成本下降也意味着好奇号有更强大的车载电脑,能够存储多个版本的续rol软件,并在必要时在它们之间切换这在测试新想法和修复问题时提供了额外的灵活性,Watkins Curiosity博士在3月份进入了一个紧急的“安全模式”两天,似乎是因为它的主计算机有问题,可能是由宇宙射线引起的但它继续使用其辅助计算机运行确实,冗余,弹性,适应性和可编程性以及人类的聪明才智似乎是保持远程硬件运行的关键,比计划的时间长达数年甚至数十年可能行星狩猎的开普勒探测器损失了其四个反作用轮中的第二个,其中三个需要保持精确指向天空的特定区域开普勒,其中已发现132个行星围绕其他恒星和另外2,740个行星候选人,在2012年10月完成了其主要任务,并获得了四年延期,因为经济学人出版了,其前景不确定,并且NA SA工程师正在制定计划,试图让失败的反应轮再次工作</p><p>几十年的远程维修工作已经证明,如果有人能解决它,