“哦,我坏掉了……”
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发布日期:2014-07-22 14:33:04
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中国首辆月球车发生故障,星际探测充满艰险。
“玉兔”月球车发生故障引人关注;但放眼人类航天史,世界各国发射的星际探测器,都有过不少出现故障乃至完全损毁的记录。这是因为,在地球这个安全的“摇篮”之外,星际探测器往往需要面对极为严酷的环境,登陆其他星球的探测器就更是如此。
多种考验“摧残”探测器
“啊……我坏掉了。”1月25日11点整,新浪微博“月球车玉兔”发出了一条信息牵动人心。与此同时,“玉兔”月球车机构控制出现异常,也就是在月球上发生故障的新闻,迅速出现在各大门户网站的显要位置。在为中国第一辆月球车“祈福”的同时,人们也不免要问这样一个问题:运用最先进的航天科技打造的月球车,为何这么快就出现了故障?
然而很少有人想到,“嫦娥三号”和它搭载的“玉兔”月球车,在月球上会经历怎样的考验。
北京大学地球与空间学院教授焦维新说:“根据探测目的地和任务性质的不同,每个探测器都会面对不同的、但往往都是极为严酷的环境。即使是人类目前最先进的科技和最认真的准备,在异星的环境面前往往也是无力的。”
在前苏联1957年10月4日发射人类首颗人造卫星之后,1958年1月31日美国的首颗人造卫星,揭开了人类用航天技术研究地球和其他天体的序幕。到目前为止,被人类的探测器光临最多的3个天体分别是月球、金星和火星,但这些探测任务的成功率都不算太高。即使是距离地球最近的月球,各类探测器的任务成功率也只有大约一半。
“月球距离地球大约有38万公里,因此难以得到地球磁场的保护,而月球自身又没有磁场,这使来自太阳的高能粒子可以直接到达月球表面。在登陆月球的探测器中,有一类比较常见的故障叫做‘单粒子翻转’,也就是太阳活动严重干扰探测器上搭载的计算机,导致集成电路芯片工作紊乱和发生程序错误。在有些时候,程序错误有可能会让硬件设备做出错误的动作,造成探测器损坏。”焦维新说,“另一方面,月球没有大气层,这使其昼夜温差非常大。在‘一冷一热’的过程中,探测器的机械结构和集成电路芯片就有可能损坏。不过,‘玉兔’月球车的具体故障原因,到目前为止尚不明了。这有赖于综合发生故障时的各种条件进行分析,以得出科学的结论。”
电子设备最“娇气”
随着信息技术的发展,现在所有的星际探测器都会搭载计算机和无线电传输设备,以便进行现场分析并向地球回传数据。但这些电子设备,正是探测器上最为脆弱的部分。
很多人都有过这样的生活经验:在盛夏时节没有空调的屋子里,或者CPU风扇损坏的时候,电脑很容易死机;而在严冬时节的黑龙江雪原上,一些低档的数码相机可能无法正常工作。这是因为,所有的集成电路芯片都有其工作温度范围。在每种数码产品的说明书上,都会标明这件产品最合适的工作温度。只不过,绝大多数人几乎不会在极热、极寒环境中使用数码产品,因此也就忽略了说明书上这个条目。
但在前往异星探测的时候,探测器面临的环境很可能远比地球上的极地严寒或者沙漠酷热更为恶劣。所以,即使做好了最充分的防护,探测器上的集成电路芯片仍然有可能发生损坏,或者由于环境原因出现“死机”一类的故障。
失去了地球磁场的保护,探测器还会遭到高能粒子的侵袭。“除了月球,前往木星的探测器也可能会面临辐射威胁。”焦维新告诉记者,“现代天文学研究表明,木星周围存在一个强大的辐射区。大多数探测器都会避开这个区域,以免对计算机等电子设备造成干扰。”
星际探测器构造极为复杂的特点,也增加了“人误”的可能性,从而导致探测器的故障。比如说,探测器计算机中安装的软件存在程序缺陷,或者计算机与探测器机械部分之间的衔接出现问题,都可能导致探测器故障。
一些飞行时间较长的探测器,还面临着软件系统落后的问题。即使它们发射升空时安装了最新版本的软件,但在经过数个月乃至数年的太空飞行后,其软件系统很可能已经落后,需要远程传送数据包进行升级,就像智能手机用户会到维修店里刷机一样。美国曾对环绕土星的“卡西尼”号探测器和位于火星上的“好奇”号火星车进行软件升级操作,虽然都顺利完成,但在开始之前也曾引起过人们对“刷机失败”的担忧。很显然,如果升级的过程出现纰漏,这些远离地球的探测器就可能会变成太空垃圾。
星际探测失败不罕见
2009年,美国国家地理网站曾发表了一张科普图,盘点2008年及以前人类所有的星际探测任务。直到这时候,人们才突然发现,在探索异星的过程中,人类曾经遭遇了那么多的失败。至于失败的原因,也是形形色色。无法进入轨道、着陆时坠毁,以及成功着陆后不久失去联系,在历史上都曾经发生过。
但这些失败的记录,往往与成功的任务一样珍贵。如果说“阿波罗13号”的服务舱爆炸事故,为人类提供了太空救援行动的宝贵经验。那么失败的星际探测器,也会让科研人员对异星的严酷环境有更深刻的了解,并使下一个探测器的性能和可靠性更加出色。
中国科学院院士欧阳自远说,中国在探月过程中一直战战兢兢,因为公众不愿看到疏漏和失败。提高星际探测任务的成功率,也是世界各国科学界共同的心愿。
作为普通公众,我们应该相信中国的科学家已经尽了最大的努力,来保证探月任务的成功。但与此同时,我们也需要学会接受暂时的困难与挫折,因为这在科学上同样宝贵。正是在一次次成功与失败的循环之中,人类对太阳系的了解才得以不断深入。
“玉兔”月球车发生故障引人关注;但放眼人类航天史,世界各国发射的星际探测器,都有过不少出现故障乃至完全损毁的记录。这是因为,在地球这个安全的“摇篮”之外,星际探测器往往需要面对极为严酷的环境,登陆其他星球的探测器就更是如此。
多种考验“摧残”探测器
“啊……我坏掉了。”1月25日11点整,新浪微博“月球车玉兔”发出了一条信息牵动人心。与此同时,“玉兔”月球车机构控制出现异常,也就是在月球上发生故障的新闻,迅速出现在各大门户网站的显要位置。在为中国第一辆月球车“祈福”的同时,人们也不免要问这样一个问题:运用最先进的航天科技打造的月球车,为何这么快就出现了故障?
然而很少有人想到,“嫦娥三号”和它搭载的“玉兔”月球车,在月球上会经历怎样的考验。
北京大学地球与空间学院教授焦维新说:“根据探测目的地和任务性质的不同,每个探测器都会面对不同的、但往往都是极为严酷的环境。即使是人类目前最先进的科技和最认真的准备,在异星的环境面前往往也是无力的。”
在前苏联1957年10月4日发射人类首颗人造卫星之后,1958年1月31日美国的首颗人造卫星,揭开了人类用航天技术研究地球和其他天体的序幕。到目前为止,被人类的探测器光临最多的3个天体分别是月球、金星和火星,但这些探测任务的成功率都不算太高。即使是距离地球最近的月球,各类探测器的任务成功率也只有大约一半。
“月球距离地球大约有38万公里,因此难以得到地球磁场的保护,而月球自身又没有磁场,这使来自太阳的高能粒子可以直接到达月球表面。在登陆月球的探测器中,有一类比较常见的故障叫做‘单粒子翻转’,也就是太阳活动严重干扰探测器上搭载的计算机,导致集成电路芯片工作紊乱和发生程序错误。在有些时候,程序错误有可能会让硬件设备做出错误的动作,造成探测器损坏。”焦维新说,“另一方面,月球没有大气层,这使其昼夜温差非常大。在‘一冷一热’的过程中,探测器的机械结构和集成电路芯片就有可能损坏。不过,‘玉兔’月球车的具体故障原因,到目前为止尚不明了。这有赖于综合发生故障时的各种条件进行分析,以得出科学的结论。”
电子设备最“娇气”
随着信息技术的发展,现在所有的星际探测器都会搭载计算机和无线电传输设备,以便进行现场分析并向地球回传数据。但这些电子设备,正是探测器上最为脆弱的部分。
很多人都有过这样的生活经验:在盛夏时节没有空调的屋子里,或者CPU风扇损坏的时候,电脑很容易死机;而在严冬时节的黑龙江雪原上,一些低档的数码相机可能无法正常工作。这是因为,所有的集成电路芯片都有其工作温度范围。在每种数码产品的说明书上,都会标明这件产品最合适的工作温度。只不过,绝大多数人几乎不会在极热、极寒环境中使用数码产品,因此也就忽略了说明书上这个条目。
但在前往异星探测的时候,探测器面临的环境很可能远比地球上的极地严寒或者沙漠酷热更为恶劣。所以,即使做好了最充分的防护,探测器上的集成电路芯片仍然有可能发生损坏,或者由于环境原因出现“死机”一类的故障。
失去了地球磁场的保护,探测器还会遭到高能粒子的侵袭。“除了月球,前往木星的探测器也可能会面临辐射威胁。”焦维新告诉记者,“现代天文学研究表明,木星周围存在一个强大的辐射区。大多数探测器都会避开这个区域,以免对计算机等电子设备造成干扰。”
星际探测器构造极为复杂的特点,也增加了“人误”的可能性,从而导致探测器的故障。比如说,探测器计算机中安装的软件存在程序缺陷,或者计算机与探测器机械部分之间的衔接出现问题,都可能导致探测器故障。
一些飞行时间较长的探测器,还面临着软件系统落后的问题。即使它们发射升空时安装了最新版本的软件,但在经过数个月乃至数年的太空飞行后,其软件系统很可能已经落后,需要远程传送数据包进行升级,就像智能手机用户会到维修店里刷机一样。美国曾对环绕土星的“卡西尼”号探测器和位于火星上的“好奇”号火星车进行软件升级操作,虽然都顺利完成,但在开始之前也曾引起过人们对“刷机失败”的担忧。很显然,如果升级的过程出现纰漏,这些远离地球的探测器就可能会变成太空垃圾。
星际探测失败不罕见
2009年,美国国家地理网站曾发表了一张科普图,盘点2008年及以前人类所有的星际探测任务。直到这时候,人们才突然发现,在探索异星的过程中,人类曾经遭遇了那么多的失败。至于失败的原因,也是形形色色。无法进入轨道、着陆时坠毁,以及成功着陆后不久失去联系,在历史上都曾经发生过。
但这些失败的记录,往往与成功的任务一样珍贵。如果说“阿波罗13号”的服务舱爆炸事故,为人类提供了太空救援行动的宝贵经验。那么失败的星际探测器,也会让科研人员对异星的严酷环境有更深刻的了解,并使下一个探测器的性能和可靠性更加出色。
中国科学院院士欧阳自远说,中国在探月过程中一直战战兢兢,因为公众不愿看到疏漏和失败。提高星际探测任务的成功率,也是世界各国科学界共同的心愿。
作为普通公众,我们应该相信中国的科学家已经尽了最大的努力,来保证探月任务的成功。但与此同时,我们也需要学会接受暂时的困难与挫折,因为这在科学上同样宝贵。正是在一次次成功与失败的循环之中,人类对太阳系的了解才得以不断深入。
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