美国宇航局的 MAVEN 航天器恢复科学和运营,退出安全模式

图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

在从扩展的安全模式事件中恢复后,美国宇航局的火星大气和挥发性演化(或 MAVEN)任务于 2022 年 5 月 28 日恢复正常科学和中继操作。 该航天器在二月份遇到了惯性测量单元(IMU)的问题。 任务团队成功地诊断出这些导航仪器的问题,并开发了一个航天器通过星星导航的系统,这应该允许在未来十年继续执行 MAVEN 任务操作。

“这是该任务面临的一项重大挑战,但由于我们的航天器和运营团队的工作,MAVEN 将在本世纪末继续产生重要的科学成果并作为地面资产的中继器运行,”MAVEN 的香农库里说加州大学伯克利分校首席研究员。 “我为我们的团队感到无比自豪。”

MAVEN 于 2013 年 11 月发射,并于 2014 年 9 月进入火星轨道。该任务的目标是探索火星的高层大气、电离层以及与太阳和太阳风的相互作用,以探索火星大气层向太空的流失。 了解大气损失可以让科学家深入了解火星大气和气候、液态水和行星可居住性的历史。 MAVEN 的主要任务是为期一年。 从那以后,它已经远远超过了这一点,并且最近被批准执行其第五次扩展任务。

安全模式事件

2022 年 2 月 22 日星期二,该团队在执行 IMU-1 的例行计划动力循环后与航天器失去了联系。 IMU 用于通过测量航天器的旋转速率来确定航天器在太空中的姿态。 MAVEN 板载两个相同的 IMU:IMU-1 是主要单元,IMU-2 是备用单元。 一旦与航天器恢复联系,工程遥测显示航天器无法从任一 IMU 确定其姿态。 作为回应,航天器重新启动了计算机,但仍无法确定其方向。 作为最后的手段,航天器切换到备用计算机,这使得 MAVEN 能够从 IMU-2 获得准确的读数。 航天器进入“安全模式”,停止所有计划中的活动,包括科学和中继操作,并等待来自地面的进一步指示。

该团队一直在努力开发全星模式——一种无需 IMU 的恒星导航系统——将于 2022 年 10 月实施,因为 IMU-1 之前曾出现异常,而 IMU-2 已接近其使用寿命。 当 IMU 在老化的轨道器上退化时,开发和切换到全星模式是一种标准做法。

“这是一种最初没有人预料到的情况,但航天器按设计运行,”位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德马丁 MAVEN 航天器团队负责人 Micheal Haggard 说。 “当我们最终使用备用计算机时,航天器一直在尝试解决 IMU-1 的问题大约 78 分钟。我们最终使用了 IMU-2,并且面临着获得全星模式的压力尽快准备好。”

与时间赛跑

在接下来的几个月里,洛克希德马丁公司的航天器团队致力于加快软件的开发,以实现全星模式,因为 IMU-2 的预计寿命将持续到 10 月。 4 月 19 日,提前五个月,航天器团队完成了开发并将软件补丁上传到 MAVEN。 代码一上传,IMU-2 就会断电,以保留其剩余寿命以满足未来航天器的需求。 在上行链路之后,进行了一系列测试以验证全星模式的功能,因为该代码之前没有在飞行中进行过测试。

“该团队确实加强了生存威胁,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的 MAVEN 项目经理里奇伯恩斯说。 “当我们在秋天认识到 IMU-2 正在退化时,我们知道我们将不得不缩短全星模式的时间表。航天器团队迎接了挑战,在异常发生后的巨大压力下工作。”

一旦全星模式被上行,航天器和科学团队就会启动仪器并对其进行配置以进行科学操作。 所有仪器均健康并成功恢复观察; 然而,在全星模式测试完成之前,航天器被限制为指向地球,因此仪器没有像通常在科学操作期间那样定向。 尽管如此,一些有限的科学仍然是可能的,MAVEN 甚至在仪器启动后不到两天就观察到了日冕物质抛射撞击火星。

向科学和接力前进

在成功过渡到全星导航后,MAVEN 于 2022 年 5 月 28 日星期六恢复了名义上的科学和中继操作。

MAVEN 航天器继续使用全星模式成功运行。 通常,每年都有特定时间必须使用 IMU,因此团队需要继续寻找创新方法来控制航天器的方向。 这将确保 MAVEN 能够在其延长的任务寿命期间继续运行,这将使轨道器能够在任务迄今为止遇到的火星大气中最极端的条件下继续进行观测。