NASA在幾百萬英裡外為受小行星影響的露西號航天器排除故障

2021年10月16日,美國宇航局的露西號航天器成功發射后,一群工程師擠在佛羅里達州泰特斯維爾的一張長會議桌旁。露西號的12年旅程剛剛開始幾個小時,但有史以來第一次特洛伊小行星任務一個重大意外挑戰已經浮出水面。

NASA在幾百萬英裡外為受小行星影響的露西號航天器排除故障

數據顯示,”露西”號的一個太陽能電池板–設計成像手扇一樣展開–沒有完全打開和鎖住。由於太陽能電池板為航天器的系統提供動力,該團隊必須想出下一步該怎麼做。

為了解決這個問題,來自美國宇航局和露西任務夥伴的團隊迅速走到一起。來自丹佛以外的洛克希德-馬丁公司任務支持區的團隊成員在電話中直接與航天器進行了溝通。雖然雙方的對話並不多,但氣氛卻很緊張。在房間的一端,一名工程師眉頭緊皺地坐在那裡,按照露西的巨大圓形太陽能電池板的操作方式摺疊和展開一個紙盤。

有這麼多未解答的問題。發生了什麼事?陣列到底有沒有打開?有辦法修復它嗎?如果沒有一個完全展開的陣列,”露西”是否能夠安全地執行完成其科學任務所需的機動動作?

因為”露西”號已經在太空中飛速前進,其風險之高令人難以置信。

美國宇航局的”露西”號任務正在前木星軌道上的兩群未經探索的小行星。露西號在2021年10月16日進行了一次完美的發射,但是當航天器開始展開其太陽能電池板時,它遇到了一個異常情況。其中一個太陽能電池板未能完全展開和鎖緊,這使任務處於危險之中。幾個月來,Lucy的飛行操作團隊一絲不苟地工作,以解決這個問題,並使Lucy重新開始它的太陽能驅動之旅。

在幾個小時內,NASA召集了Lucy的異常響應團隊,其中包括來自科學任務領導機構德克薩斯州奧斯汀的西南研究所(SwRI)、任務運營領導機構馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心、航天器建造商洛克希德-馬丁公司和太陽電池陣列系統設計和建造商聖地亞哥的諾斯羅普-格魯曼公司的成員。

為了確保Lucy能夠發揮其最大的潛力,該團隊開始進行詳盡的深入研究,以確定問題的原因並制定最佳的前進路線。鑒於該航天器在其他方面非常健康,該團隊並不急於做其它事情。

NASA在幾百萬英裡外為受小行星影響的露西號航天器排除故障

露西的兩塊太陽能電池板每塊有24英尺(7.3米)寬,在2021年1月進行了初步部署測試。在這張照片中,科羅拉多州丹佛市洛克希德-馬丁航天公司的一名技術員在首次部署期間檢查了露西的一個陣列。這些巨大的太陽能電池板將為”露西”號航天器在整個40億英里、12年的太空旅行中提供動力,因為它要去探索木星上難以捉摸的特洛伊小行星

在許多漫長的日日夜夜裡,該團隊一直保持着專註,通過各種選擇進行工作。為了實時評估露西的太陽能電池陣列配置,該團隊收集了航天器上的推進器數據,並收集和分析這些力量如何使太陽能電池陣列振動的數據。接下來,他們將數據輸入到陣列電機組件的詳細模型中,這有助於發現問題的根源。最後,他們找到了問題的根源:用於拉開露西的巨大太陽能電池陣列的吊繩很可能在其類似線軸的地方打結了。

經過幾個月的頭腦風暴和測試,露西的團隊確定了兩條潛在的前進道路:

其一,他們將通過在主電機的同時運行陣列的備用部署電機來用力拉動吊繩。來自兩個馬達的動力應該允許被卡住的繩索進一步纏繞,並與陣列的鎖扣機制嚙合。雖然兩個馬達最初從未打算同時運行,但該團隊使用了模型來確保這一概念能夠成功。

第二個選擇是:按原樣使用陣列–幾乎完全展開,併產生其預期功率的90%以上。

該團隊為這兩種方案繪製了地圖並測試了可能的結果。他們分析了數小時的陣列測試錄像,建造了一個基於地面的陣列電機組件的複製品,並測試了複製品的極限,以更好地了解進一步部署嘗試的風險。他們還開發了特殊的高保真軟件,以模擬太空中的露西,並評估重新部署嘗試可能對航天器產生的任何潛在波紋效應。

經過幾個月的模擬和測試,美國宇航局決定採用第一個方案–多步驟嘗試完全重新部署太陽能電池組。在5月和6月的七個場合中,該團隊指揮航天器同時運行主要和備用太陽能電池陣部署電機。這一努力獲得了成功,拉住了吊繩,並進一步打開和拉緊了陣列。

現在估計,露西的太陽電池陣列在353度和357度之間(完全展開的陣列總度數為360度)。雖然陣列沒有完全鎖住,但它的張力大大增加,使其足夠穩定,使航天器能夠根據任務操作的需要進行操作。

該航天器現在已經準備就緒,能夠完成下一個重要的任務里程碑–2022年10月的地球重力輔助。露西號計劃在2025年抵達其第一個小行星目標。

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