NASA最老的火星探测器已运行数十年。它们是如何做到的？

# NASA最老的火星探测器已运行数十年。它们是如何做到的 来源：https://www.wired.com/story/how-nasa-oldest-martian-spacecraft-run-for-decades/ 两艘轨道探测器远远超出了预期寿命，彻底重塑了我们对这颗红色星球的认识，而这一切都是在距离地球1.4亿英里的地方完成的\。 图片可能包含天文学、外太空和卫星 NASA的火星奥德赛号探测器运行的时间已经足够长，按人的年龄算，它租车都不用付年轻驾驶员附加费了\。这艘探测器于2001年10月24日抵达红色星球 (https://www.wired.com/2001/10/odyssey-slips-into-mars-orbit/)\。它和已有20年历史的同伴火星勘测轨道飞行器 \(MRO\) 的运行时间，早已超出任何目睹它们发射的人所能想象的极限\。 在火星表面上空积累的如此长期的观测记录 (https://www.wired.com/story/mars-violent-spring-nasa/)，改写了这颗星球过去与现在的水的故事 (https://www.wired.com/video/watch/nasa-discovers-evidence-for-liquid-water-on-mars)\。这些老迈的轨道探测器之所以能坚持运行这么久，全靠卓越的工程设计、持续不断地解决问题，以及一点运气\。但科学家们不禁思考，尽管奥德赛号和MRO留下了辉煌的科学遗产 (https://www.wired.com/story/nasa-is-training-an-ai-to-detect-fresh-craters-on-mars/)，它们是否会成为同类探测器中的最后一批，至少对红色星球而言是如此\。 “奥德赛号和MRO都是有史以来成果最丰硕的航天器之一，”普渡大学行星科学家布里奥妮·霍根说。她没有参与这两项任务，但认为它们对NASA整个火星研究计划“至关重要”\。例如，奥德赛号对火星冰的观测，以及MRO观察地表特征随时间变化的能力，都让科学家得以前所未有地深入了解火星，认识到它是一颗充满活力的星球，而非一块死寂的岩石\。奥德赛号和MRO还将人类与NASA的每一辆火星车 (https://www.wired.com/2004/03/how-the-mars-rovers-phone-home/)连接起来，因为这些火星车无法直接与地球通信\。对于两艘原本只计划运行几年的轨道探测器来说，这是一份令人惊叹的成就\。 太空环境之恶劣众所周知，要在那里生存数十年，既需要运气，也需要强大的耐受能力\。尤其棘手的是不断轰击设备的高能粒子；如果一次撞击足够猛烈，而被击中的装置又足够脆弱，就可能造成致命后果\。加州大学伯克利分校行星与空间物理学家罗布·利利斯说，工程师可以持续监控绕地球运行的卫星，但通往火星的通信带宽更加有限，科学探测器可能每周只能联系一两次。他曾参与多项较新的火星轨道探测任务\。 “火星探测器必须能够自行应对状况，”他说\。 图片可能包含天文学、外太空、成年人和人物 火星勘测轨道飞行器的概念图\。 图片由NASA/JPL提供 损失一台仪器已经很糟糕，但电力或计算系统失效，可能会让整艘探测器彻底瘫痪\。NASA通常会为航天器的关键部件配备备份，确保重要部件一旦发生故障，任务还能依靠备用部件继续运行，直到工程师排查出问题\。 具有讽刺意味的是，MRO面临的一项挑战，恰恰来自它过长的服役时间\。这艘轨道探测器通过将相机看到的景象与机载星图进行比对，确定自己的精确位置和姿态，但这其中出现了一个小问题\。“MRO实际上已经老到有些恒星在夜空中的位置都发生了变化——变化非常微小，但确实移动了，”NASA喷气推进实验室工程师、MRO总工程师保罗·菲泽勒说\。这些细微的偏差让探测器产生了混淆，因此去年工程师不得不上传一份更新后的星图，以确保MRO今后仍能正确确定姿态\。 奥德赛号目前最大的风险，就是用于微调以保持太空姿态的推进剂即将耗尽\。这艘探测器没有燃料表——没有重力将燃料压向底部，也就无法测量其体积——因此NASA无法确定它还剩下多少燃料\。工程师们想出了新办法，让探测器每次仅消耗几滴燃料也能正常完成各项操作，以期延长它的寿命\。 专家表示，这两艘探测器都受益于NASA在那段臭名昭著的“更快、更好、更便宜”时期经历的失败\。1999年，NASA损失了两艘抵达火星的探测器：先是火星气候轨道飞行器在大气层中烧毁，随后仅仅几个月后，火星极地着陆器在抵达时发生失误 (https://www.wired.com/2000/01/mars-lander-disappoints-again/)，撞上了火星表面\。调查认定，每一次灾难都是由一些在日常领域可能会被称为粗心大意的错误造成的\。第一次事故源于使用英制单位的地面系统与使用公制单位的飞行系统之间沟通失误，第二次则源于测试期间未被发现的软件错误\。 “这些失败始终萦绕在打造奥德赛号探测器的团队心头，”喷气推进实验室工程师、火星奥德赛号项目与任务经理格伦·黑文斯说\。痛定思痛，NASA在奥德赛号和MRO发射前投入了更多资源，力求完善它们的设计，尽可能提高各自的耐受能力，并测试每一个微小部件和每一种系统配置\。 图片可能包含艺术和拼贴画 MRO拍摄的火星地形影像\。 图片由NASA/JPL提供。一个关键原则是NASA所说的“裕量”——相当于航天器为了以防万一而随身带上一份零食\。 “意想不到的事情可能发生，你必须确保航天器能够挺过去，”密歇根大学航天工程师尼尔顿·雷诺说。他未参与这两项任务\。菲泽勒指出，MRO发射时配备的电池容量和推进剂数量都超过了严格意义上的需求，而这些裕量如今正支撑着任务继续进行，NASA希望它还能再运行十年\。 但在火星轨道上，明智的做法是不要把任何事视为理所当然\。就在去年，NASA失去了已服役11年的火星大气与挥发物演化探测器——这是其最年轻的红色星球轨道探测器——当时它在火星背面意外断电\。随着奥德赛号和MRO不断老化，NASA接下来会派出怎样的火星轨道探测器，仍是一个悬而未决的问题\。 NASA已聘请蓝色起源公司 (https://www.wired.com/tag/blue-origin/)建造一颗专用通信卫星，在至少五年的时间里将大量数据传回地球。但与那些最初执行科学任务、后来转而承担通信工作的前辈不同，这艘轨道飞行器只会为其他航天器中继信号\。 NASA的火星科学计划只包含规模相对有限的项目\。其中一项由利利斯领导的任务，包含两艘目前正在途中、准备研究火星如何响应太阳持续释放的带电粒子流的轨道探测器\。但就连他也认为，这项任务“几乎小到无法开展高质量科学研究的边缘”\。此外还有“Skyfall”任务，计划让三架小型直升机在短短两年内搭乘首艘核推进航天器发射——这个时间表快得惊人，而这项任务回答重大研究问题的能力却十分有限\。 在科学家看来，这些举措都未能充分延续奥德赛号和MRO的科学遗产，甚至可能让人想起此前那些臭名昭著的火星任务失败\。“他们显然正在追求更快、更便宜，”霍根说\。“在这样的环境下，开展高质量科学研究会困难得多\。” - **重磅故事：**酷孩子写字全用小写字母 (https://www.wired.com/story/the-case-for-lowercase/)——这会让你生气吗？ 梅根·巴特尔斯 (https://www.wired.com/author/meghan-bartels/)是一位居住在纽约市的自由科学记者\。她的作品曾发表于《科学美国人》、Space\.com、《新闻周刊》、《奥杜邦》等媒体\。 \.\.\.阅读更多 (https://www.wired.com/author/meghan-bartels)