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探测火星的元老奥德赛号即将结束其使命?

2021-08-27 08:41 作者:天文在线  | 我要投稿

新预算申请包括对火星奥德赛号的大幅度砍减,这将会有效地终止其任务。

艺术家绘制的火星概念图片:NASA的火星奥德赛号空间飞船在火星南极上空经过。这艘太空飞船从2001年10月24日开始环绕火星飞行;它对于2012年8月5日在火星着路的NASA火星车“好奇者号”而言,还是一个至关重要的通讯中继站。(图源: NASA-美国国家航空与航天局/JPL-加州理工学院喷气推进实验所)

NASA运转最久的火星任务或许已经躺在“案板”之上

当特朗普总统2021财年预算申请清楚地威胁着NASA的一些诸如喷气望远镜SOFIA的任务时,另一个潜在被关闭的项目也夹杂在其中。对火星奥德赛2021计划的消减提案可以将预算控制到一年不足百万美元,进而实际中断其任务。预算申请只是一个申请,国会将对预算做出最后的决定,它可选择继续资助火星的任务。然而,这种威胁已经引起火星科学家对火星任务的未来充满焦虑。

星球科学家Tanya Harrison(谭雅.哈里森)一直研究火星,非常依赖于奥德赛号的观测数据。她认为,“我无法想象出那种说关就关的情形。如果一直跟踪这些任务,你从来无法预测会发现什么,但总会有所发现。”

奥德赛号于2001年4月发射,六个月后到达红色星球的环绕轨道;发射后的第一年内,飞船就发现这个红色星球地表下的水冰,第一次探测到火星存在表面水的直接证据。之后,这艘太空飞船还有许多次的重要发现及观测,包括对火星气候进行时间最长的连续观察。

奥德赛号不仅仅从事科学研究,现在,它也是火星车“好奇者号”通讯的主要中继站。“奥德赛号任劳任怨地将火星车传来的数据转回地球。”奥德赛号团队成员Phil Christensen(菲儿.克里斯坦森)对美国太空网站space这样解释。Christensen是亚利桑那州立大学的星球科学家,负责火星奥德赛号的热辐射成像系统(THEMIS)的设备。NASA的下一辆火星车“毅力号”(以前也被称作火星2020号)计划于2021年2月着路,其通讯所面临的危机将成为未来的关注点。

科学家们认为,预算中所提议的取消资助令人相当困惑,因为这艘太空飞船依然处于良好的健康状态,也有足够的燃料再维持10年或更久的运转。Christensen预言,“飞船上的其他部件或许在燃料耗尽前先寿终正寝”。

的确,2003年发生的一系列强烈太阳耀斑曾经造成奥德赛号的一个部件不能工作;2012年它也曾经丢掉了一个反作用轮,不过剩下的三个轮子还是能帮助其在目标方向上前行。但是尽管现在它已经接近其第二个10年工作的尾声,如果能在2021预算提案获得生存,这艘太空飞船还拥有着光明的、处于储备状态的科学未来。

(1)所有特朗普预算申请中错综复杂的考虑都包括在一份政府行政部门的文件中,将会发给国会以开始每年预算的审核流程。这份申请列出了总统关注的重点内容,以及行政部门希望始于十月的每一财务年度的资金分配方式。

这一申请特别强调了所提出的取消SOFIA与WFIRST两个太空望远镜,后者在上一年度中也被建议取消。相比之下,奥德赛号命运的改变过去都是隐藏于上百页的文件中,那里有一个图示呈现奥德赛号的预算从2019年的一千一百五十万美元减到2021年的一百万美元,之后的若干年就不会得到任何资金(2020年的财务年只是部分颁布,所以还未列出),目前对此还没有任何解释。

轻视这一长远的任务很容易,即使此任务已经被八个任务延伸。但是,说到太空飞船时,其功能性的任务比期盼的更有价值。Christensen的一位同事曾经对他说,部件堆在一起就会有其相当的价值,这堆部件组装起来又增加了更多的价值,(2)这艘太空航天器能在崎岖不平的环境通过太空机械而生存下来就再次增加了无尽的其价值。只要太空飞船在火星上能正常工作,其价值是无法估量的。

“奥德赛号在火星上环绕飞行的20年已经证实其为无价之源,”Christensen这样认为,“那么有什么理由要将已经存在于火星、还在工作、还在执行伟大任务的飞船‘关闭’呢?”

“钱”看来是最重要的决定因素。NASA的预算更像是一场零和博弈,总体仅有微弱增长;其机构也希望加强“将火星的取样带回地球”的计划,而这却需要NASA从其他预算申请中挪过部分资金。Christensen所怀疑的原因正在发生。

奥德赛号不仅仅是火星各任务中唯一遇到预算消减问题,2021年的预算也建议消减“好奇者号”资金的25%,这一消减对 这辆“勇敢的小车”打击非常之大。Christensen猜测奥德赛号会减少一千万,而好奇者号也会减少一千万,以贴补送回火星上采集的样本之任务。同时,火星未来任务计划仅2021年的申请就一下子增加接近2个亿,在未来五年资助将还会有所增加。

但是对于Christensen,废弃奥德赛号而达到此目的并不合乎逻辑,他认为,“样品的返回需要数万亿美元与奋斗,总体而言,减少一千万美元并没有那么至关重要。”

将火星的岩石带回地球就是火星科学家长期奋斗的目标。碰巧的是,Christensen说他也认为这个任务很重要、提倡这一目标也有很多年;但他肯定关闭奥德赛号绝不是NASA行政部门能轻松就可以做出的决定。

“他们得做一些艰难的选择与决定”,他最后说到。

充满犹如岩石的困难处境

NASA过去与预算砍减进行过奋争,最终预算消减失败,任务没有被砍减。过去几年,SOFIA这个“飞行器上太空望远镜”在总统预算申请中已经失去资助,但它依旧在“飞行”。

但是如果国会进入奥德赛号的取消进程,其过程将会很长很复杂。奥德赛号任务控制室并不坐落于NASA的中心,而是在Lockheed Martin(洛克西德马丁公司)的办公室。

一艘太空飞船不能说关就关,特别是这艘太空飞船正在环绕像火星这样具有人类宜居潜力的星球。Lockheed Martin会如何令奥德赛号任务退役尚不知晓。根据奥德赛号团队的一位希望匿名的工作人员讲,NASA已经拒绝承认那项减少团队预算之提议,或许它会采取分阶段逐渐停止这艘太空飞船。

NASA对中断计划的报道并未回应,并推迟任何相关申请的采访。NASA的申请中,Lockheed Martin 取消了一个讨论此话题的预约采访,使得奥德赛号团队以及公众都很迷茫。

2020年一月份的时候,NASA及Lockheed Martin 关闭了史匹哲太空望远镜,这是一个环绕地球身后之太阳的红外设备,这个项目的中断通过两个机构之间的合作用耗时约六个月。Chrstensen这样认为,“中断一个太空飞船并不是一个轻而易举的过程。”

2021预算开始实施之时,奥德赛号的任务也就应该于2020年10月关闭;此时,这艘太空飞船应该在其终止计划前的六个月开始实施。如果预算在2020年5月1日还不清晰,Lockheed Martin公司就会处于犹如岩石那样的艰难处境。

一种选择是一如继往地运营这艘太空飞船,同时十指握紧期盼着预算获救。如果国会支持太空飞船,任务就会继续它的第二个十年、甚至更长。否则,私人公司就会在最后一分钟匆忙执行终止过程,潜在地引起完全不同的新问题。

根据一个可靠的来源,另一种选择看起来更接地气,即:公司对于潜在的资助损失进行规避,并开始“中断”进程。(尚未收到NASA或Lockheed Martin的任何评论,还不清楚中断这艘太空飞船是否还涉及其他哪些步骤)。

Christensen及那位匿名来源都声称他们已经听到了一些传言,即:奥德赛号在五月与十月之间会清空其燃料。Christensen推测那将是防止其在未来可能出现的爆炸,这种爆炸会污染火星的大气、并留下成千上万块的残骸。

一旦太空飞船排空燃料,即使再增加预算也无法赈救奥德赛号。没有了燃料,太空飞船就无法设定目标、也无法发射信号。如果维持不变,它还会沿着现在环绕火星的轨道持续漂移30年;(3)按照规程,这可以阻止太空飞船50年内不离开地球。

继续存在

奥德赛号在轨道上飞行已经很久:太空飞船问世那一年出生的婴儿现在刚好进入大学;于是,一个倡导的取消方案就是“不要惊讶,这个任务太古老了”,Harrison说,“最古老的任务总会被放到案板上”。

奥德赛号携带着目前唯一的红外成像仪环绕着火星飞行。在过去的19年中,这台设备THEMIS已经创作出了这颗星球许多不可思议的详细印象、以及火星的物理自然属性;它昼夜测量着火星表面的温度,也为今天提供了其表面感性的认知,如:风与冰川,再如:火山发生的过去。

这艘太空飞船在超出其生命周期的同时还能研究火星气候模式,“如果你在地球上观察一年的气候,你会说火星的气候很像地球,”Christensen继续说,“但是如果你对气候观测超过20年,你就认识到大气的行为竟然有如此之大的差异”。

这些记录对于有一天将人类送到火星具有长远的意义,继续这些观测可以推进向火星派遣人类的任务。2018年,火星上的一场全球性沙尘暴就中断了火星车“机遇号”的工作:沙尘暴遮住了它的太阳能部分,造成很长一段时间不能工作。

同样的现象也会威胁到人类在火星上的定居。“如果我们打算把人类送到那里,气候就变得极其重要”Christensen说,“至今我们还不能预测何时火星会出现下一次全球性巨大沙尘暴”。

对于奥德赛号的威胁或许还影响到火星的其他任务,因为这艘太空船还是其他执行火星表面任务的主要通讯中继站。火星车只能携带非常小的天线,非常适合短距离信号发射,但是绝对不适合火星与地球间的长距离信号传送;实际上,火星车将信号不停地发射到火星卫星上。Christensen说目前有四个空间飞船具有将信号传递到地球的能力:奥德赛号,NASA的火星勘测轨道飞行器(MRO)、NASA的户型大气与挥发物演化任务(MAVEN)太空船,以及欧洲的痕量气体探测器等。当然,奥德赛号载物最重。

“奥德赛号的确非常适合通讯”,Christensen说,“我们这样工作已经很久。”

MRO是未来通讯的最可能替代方案:自从2005问世以来,也具有自身特有的麻烦;“它最近更加频繁地进入到‘安全模式’”,Harrison说,她记得有一段时期,这艘太空船停止工作达四个月,造成它几乎不能成为奥德赛号的替代者。

MAVEN飞船目前集中研究高大气层,其运行轨道最近刚做了变化,以允许其能承担并弥补一些通讯的困难,但这样做的后果却是限制了它的科学观测工作。欧洲太空船也可以作为备份通讯中继站,只要这些机构愿意放弃其原有的科学数据收集工作,而去承担好奇者号及未来的“毅力号”火星车向地球传送信号,即:火星2020,电话到家。

环绕轨道飞行与表面科学的权衡有点像所有潜在替代所面临的问题那样,终止正在工作中的奥德赛号的目标并不仅仅限制了太空飞船本身的科学工作,还缩短了其他轨道飞行器可能从事的科学工作时间。

Harrison与Christensen都认为通讯的威胁至关重。Harrison说,“应急的解决方案的确如此重要,特别是我们将要着手向火星派送另一辆新的探测车,那么向地球传回的信息只能是越多越好。

Christensen对奥德赛号生存下去的胜算保持乐观,并针对如果国会切断了基金支持情况时、提出了太空飞船运行的替代模式。“我认为总会有新的创意方式使得这项任务继续下去。”任务或许可以由学生所掌控,如向本科生与研究生提供作为动手能力的一项培训,允许他们参加火星的项目;或者,科学工作部分可以外包给那些自己并不能够将任务派送到红色星球的国家,以项目交流获得格外的资助;或者,大专院校逐步接收、运营太空飞船,并管理资助与基金之事。

“与奥德赛号有关的所有这些都是无价之宝,不可以在非必要的情况下终止。”这是Christensen的原话。

哈里森对这一看法做出回应,并说,“这些任务非常之复杂,我们曾花费了这么大的努力才将其整合在一起,如果这些设备还能工作却仅仅从预算的角度将之刹车,那真的是一种浪费。”

BY: Nola Taylor Redd

FY: 周洪波 (hongbo_0309)

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