美國宇航局的開普勒飛船不僅是有史以來最高產的系外行星探測器，而且它還是一個工程奇蹟（或者曾經是）。它 1.4 米的鏡面將星光匯聚到一個 9500 萬畫素的相機上，該相機能夠分辨出亮度低至百萬分之十的下降——這是系外行星穿過恆星表面引起的微小日食的線索。然而，在 5 月 14 日，這艘耗資 6 億美元的飛船因其唯一移動部件之一——一個大約 20 萬美元的、類似於兒童陀螺儀的裝置的故障而脫軌。
任務科學家知道該飛船很脆弱。開普勒配備了四個金屬反作用輪——當向一個方向旋轉時，會導致飛船向另一個方向轉動的電機。飛船保持穩定至少需要三個反作用輪，其中一個在去年 7 月就發生了故障。“我們認識到這些輪子有著相當曲折的歷史，”美國宇航局艾姆斯研究中心（位於加利福尼亞州莫菲特菲爾德）的太空科學家、開普勒任務的首席研究員威廉·博魯茨基說。當第二個輪子停止轉動時（可能是因為其滾珠軸承或外殼出現問題，美國宇航局的科學家說），開普勒進入了安全模式，等待維修，許多人認為這種維修不太可能發生。
反作用輪以每分鐘 1000-4000 轉的速度旋轉，透過精確控制其速度，施加精確的扭矩，從而微調飛船的姿態。早在 2009 年開普勒發射之前，任務團隊就痛苦地意識到了由同一製造商生產並安裝在其他幾艘飛船上的大量幾乎相同的反作用輪的問題。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的重大故事的未來。
此類反作用輪在 2001 年美國宇航局的遠紫外光譜探測器上以及 2004 年和 2005 年日本的隼鳥號任務中出現故障，或被認為過於不可靠而無法使用。美國宇航局的熱層、電離層、中層大氣能量學和動力學 (TIMED) 衛星在 2007 年經歷了一次反作用輪故障，而該機構的黎明號任務在 2010 年和 2012 年遭受了兩次故障。
這些故障大多發生在開普勒發射之前，但 TIMED 上的故障引發了人們的高度關注，科羅拉多州博爾德市的 Ball Aerospace 公司（為美國宇航局建造了該飛船）的開普勒專案經理 John Troeltzsch 回憶說。“我們第一次真正意識到問題的嚴重性是在 2007 年底，”他說。
那時，開普勒已準備好發射。諸如徹底檢修整個反作用輪系統或新增另一套備用系統之類的選項被認為成本過高，並且將意味著已經推遲了兩次的任務進一步推遲多年。
但團隊想再看一眼。在 2008 年初，Troeltzsch 和他的同事將所有四個輪子從飛船中取出，並將它們送回位於紐約州伊薩卡的製造商 Ithaco Space Systems 進行重新檢查。包括更換滾珠軸承在內，進行了更改，查爾斯·索貝克（Charles Sobeck）說，這些滾珠軸承已經顯示出點蝕跡象，他是艾姆斯開普勒的副專案經理。特羅爾茨說：“評估結果是，這些變化將防止以前發生的那種問題再次發生。”透過一位發言人，Ithaco 的所有者 UTC Aerospace Systems 拒絕回答有關該公司如何試圖修復車輪的問題，而是將問題轉回了 NASA。
博魯茨基指出，當時，反作用輪的潛在問題似乎不那麼重要，因為該任務應該只持續 3.5 年。這就是開普勒實現其主要目標所需的時間：調查大約 150,000 顆類似太陽的恆星，距離最遠可達 920 秒差距（3,000 光年），以確定銀河系中類地軌道上類地球大小的行星有多常見。
來源：NASA 系外行星檔案
然而，發射後，科學家們發現，大多數恆星比太陽的變化更大（參見 《自然》477， 142–143；2011）。該任務需要更多時間來區分恆星亮度的隨機波動和因行星經過而導致的星光下降，因此去年，美國宇航局將該任務延長至 2016 年。但在做出該決定前後，第一個反作用輪壞了。隨著第二個輪子的損壞，Troeltzsch 說，“我們用開普勒進行的科學研究，就我們所做的而言，已經結束了”。
儘管工程師將在未來幾個月內嘗試重新啟用失效的輪子，但 Troeltzsch 並不抱希望。“它不太可能恢復到任何有用的狀態，”他說。飛船上的推進器或許可以充當粗略的替代品，但它們並非旨在提供所需的精確姿態。索貝克說，恢復任務的努力可能會持續到秋末。
與此同時，博魯茨基的團隊正在分析開普勒最近兩年的資料，這些資料似乎可能會為該任務目前超過 2,700 個的候選行星數量增加數百個（參見“開普勒的收穫”）。由於最近的資料包含軌道長度與地球相似的行星的資訊，博魯茨基樂觀地認為，他們將揭示銀河系中地球類似物的頻率的合理估計。
馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的系外行星理論家薩拉·西格並不那麼樂觀。她說，這些資料可能會得出關於軌道週期約為 200 天的類地球大小行星的良好統計資料，但並非一直到類似太陽恆星的“宜居帶”中的軌道，該軌道約為 365 天。然而，她希望在剩餘的資料中找到一些這樣的行星。“這是有可能的，甚至很有可能。”