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31歲的哈勃望遠(yuǎn)鏡停運(yùn)已十多天,計算機(jī)故障原因仍然未知
已“服役”31年的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡自6月13日停止工作,截至25日,科學(xué)家尚未完全查明停運(yùn)原因。
根據(jù)美國宇航局的消息,哈勃望遠(yuǎn)鏡的有效載荷計算機(jī)在美國東部時間6月13日16時許停止運(yùn)行,計算機(jī)停止接收表明一切正常的“保持運(yùn)行”(keep-alive)信號。之后,計算機(jī)自動將所有科學(xué)儀器切換到安全模式中。
有效載荷計算機(jī)是1980年代建造的NASA標(biāo)準(zhǔn)航天器計算機(jī)-1(NSSC-1)系統(tǒng),它作用關(guān)鍵:不僅能夠控制和協(xié)調(diào)科學(xué)儀器、監(jiān)控其健康和安全,也能分析和操作它收集的數(shù)據(jù)。

哈勃望遠(yuǎn)鏡
6月14日,美國宇航局的戈達(dá)德航天中心的控制中心人員重新啟動了有效載荷計算機(jī),但很快就遇到了同樣的問題。而望遠(yuǎn)鏡本身及其科學(xué)儀器仍然保持良好的狀態(tài)。初步跡象表明,計算機(jī)停運(yùn)的原因是其內(nèi)存模塊性能下降,然而,當(dāng)運(yùn)營團(tuán)隊嘗試切換到備用內(nèi)存模塊時,啟動備用模塊的指令未能完成。
有效載荷計算機(jī)位于科學(xué)儀器控制和數(shù)據(jù)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(xué)儀器系統(tǒng)保持同步,它與DMU一起處理、格式化和臨時存儲數(shù)據(jù)記錄器上的信息,以及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妗?/p>
目前的裝置是在2009年5月由宇航員在航天飛機(jī)任務(wù)STS-125中安裝的替代裝置,因為原始裝置在2008年發(fā)生了故障。替換裝置有一個CPU和四個獨立的內(nèi)存模塊。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上有兩臺有效載荷計算機(jī),其中一臺備用。當(dāng)一臺計算機(jī)出現(xiàn)問題,就可以切換到備用計算機(jī)。兩臺計算機(jī)都可以訪問和使用任一內(nèi)存模塊。(有效載荷計算機(jī)一次僅使用一個內(nèi)存模塊,其他三個內(nèi)存模塊備用。)
兩臺有效載荷計算機(jī)的硬件主要包括:處理協(xié)調(diào)和控制科學(xué)儀器的命令的中央處理模塊(CPM);在計算機(jī)的CPM和其他組件之間架起通信橋梁作用的標(biāo)準(zhǔn)接口(STINT);含有在硬件之間傳遞信號和數(shù)據(jù)的線路的通信總線;一個用于存儲儀器的操作命令的有源內(nèi)存模塊,以及三個備用的內(nèi)存模塊。
根據(jù)6月22日的消息,在對計算機(jī)的內(nèi)存模塊進(jìn)行多次測試后,調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)存錯誤只是癥狀,而真正的原因可能在于計算機(jī)硬件。運(yùn)營團(tuán)隊開始調(diào)查是否為STINT硬件或CPM本身的原因。如果該計算機(jī)的問題無法解決,運(yùn)營團(tuán)隊將準(zhǔn)備切換到備用計算機(jī)上的STINT和CPM硬件。
6月23日和24日進(jìn)行了額外測試,包括首次在太空中打開備用計算機(jī)。該計算機(jī)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(jié)果表明,來自主要和備份有效載荷計算機(jī)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(nèi)存的指令不成功。由于所有單個硬件元素都不太可能有問題,因此該團(tuán)隊現(xiàn)在正在將SI C&DH 上的其他硬件視為可能的罪魁禍?zhǔn)祝刂茊卧╟ontrol unit,簡稱CU)、科學(xué)數(shù)據(jù)格式器(science data formatter units,簡稱SDF)。CU用于將命令和數(shù)據(jù)格式化,并發(fā)到科學(xué)儀器等特定目的地,SDF能把來自科學(xué)儀器的科學(xué)數(shù)據(jù)格式化,再傳輸?shù)降孛妗?/p>
該團(tuán)隊也在查看功率調(diào)節(jié)器來判斷電壓供給是否正常。功率調(diào)節(jié)器能夠確保穩(wěn)定的恒定電壓供應(yīng)。如果電壓超出限制,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,在接下來的一周內(nèi)(編者注:也就是本周),該團(tuán)隊將繼續(xù)評估SI C&DH單元上的硬件,以確定是否還有其他原因?qū)е铝藛栴}。如果運(yùn)營團(tuán)隊確定CU、SDF或電源調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡以天文學(xué)家愛德溫·哈勃命名,是一個大型天基天文臺。自1990 年在“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)上發(fā)射以來,它徹底改變了天文學(xué)。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在地球表面上方340英里(約547千米)的軌道上運(yùn)行,遠(yuǎn)高于雨云、光污染和大氣層扭曲,這使其擁有特別清晰的視線。哈勃的視野范圍也很廣,從紫外線延伸到可見光(人們?nèi)庋劭梢姷模┖徒t外線。
哈勃望遠(yuǎn)鏡觀察了一些至今為止所見的最遙遠(yuǎn)的恒星和星系,它在觀測在發(fā)現(xiàn)和描述宇宙中神秘的暗能量方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。到目前為止,哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了超過140萬次觀測。已經(jīng)發(fā)表了超過18000篇經(jīng)過同行評審的科學(xué)論文
得益于五次宇航員的維修工作,哈勃望遠(yuǎn)鏡中不斷獲得新的尖端科學(xué)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,從而大大延長了望遠(yuǎn)鏡的使用壽命。
第一次維修是為了糾正導(dǎo)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臺望遠(yuǎn)鏡。
1997年進(jìn)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,將哈勃的波長范圍擴(kuò)展到近紅外成像和光譜學(xué),使科學(xué)家能夠探測宇宙的最遙遠(yuǎn)之處。比如,太空望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀(STIS)。
光譜儀能夠?qū)⑼h(yuǎn)鏡收集的光分成光譜成分,以便分析其成分、溫度、運(yùn)動狀況等化學(xué)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(shù)據(jù)和500倍的空間數(shù)據(jù)。STIS的最主要優(yōu)勢之一是研究超大質(zhì)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(xué)來尋找大質(zhì)量黑洞。
1999年11月,由于哈勃望遠(yuǎn)鏡六個陀螺儀中的第四個出現(xiàn)故障(哈勃望遠(yuǎn)鏡至少需要三個穩(wěn)定陀螺儀來進(jìn)行科學(xué)研究),原本認(rèn)為的預(yù)防性維修的任務(wù)變得更加緊迫。第三次維修任務(wù)分為兩次,第一次提供了新的陀螺儀等設(shè)備;第二次的維修中,宇航員更換了哈勃的太陽能電池板并安裝了高級勘測相機(jī)(ACS)。ACS能看到的波長范圍從可見光到遠(yuǎn)紫外線,它可以在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生它所取代的相機(jī)10倍的科學(xué)成果。
最后一次維修在2009年5月進(jìn)行,宇航員安裝了兩種新的科學(xué)儀器——宇宙起源光譜儀(COS)和寬視場相機(jī)3(WFC3)。為了延長哈勃望遠(yuǎn)鏡的壽命,還安裝了新電池、新陀螺儀、新科學(xué)計算機(jī)等。此外,還在望遠(yuǎn)鏡底座上安裝了一個讓望遠(yuǎn)鏡在退役時離軌的裝置。





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