哈勃望遠鏡的糟糕修復方案?

機器人修復可能比最初設想的風險更大

鑑於2003年哥倫比亞號太空梭墜毀引發的安全擔憂,決定採用機器人技術修復哈勃太空望遠鏡似乎是理所當然的。這樣,這個受到科學家重視和公眾欽佩的天文臺就可以透過升級的感測器再執行至少五年。而且,透過使用遠端操作機械臂所獲得的全部經驗將構成未來空間半自主服務操作的基礎。然而,現在,獨立的分析對機器人任務是否能夠可靠地拯救哈勃望遠鏡提出了新的疑問。

按照最初的方案,進行太空行走的宇航員將更換故障的電池、陀螺儀和精細制導感測器。此外,包括廣域相機和光譜儀在內的新科學儀器,將使哈勃的觀測能力提高10倍甚至更多。

但在“哥倫比亞號”災難發生後,美國宇航局縮減了太空梭的計劃。與前往國際空間站的任務不同,前往哈勃望遠鏡的任務沒有為太空梭及其機組人員提供緊急情況下的維修站和安全港。取而代之的是,太空機構考慮進行無人救援工作。


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美國宇航局戈達德太空飛行中心的專案經理普雷斯頓·伯奇解釋說,無人任務面臨著各種技術障礙。首先,自我引導的軌道修復模組必須在沒有任何望遠鏡或地面人員協助的情況下與哈勃望遠鏡“會合和軟對接”。(以前的自動對接只不過是“受控碰撞”。)他指出,這些先進的操作將在不久的將來由美國宇航局和國防部的三艘航天器進行演示。其次,機器人手臂必須解開幾種型別的閂鎖,連線電纜,並交換各種易碎的裝置,通常是在狹小的空間中。配備微型攝像機和精密定位感測器的雙機器人機械臂必須主要自主完成這項工作,只有地球上的操作人員進行有限的監督。(由於距離和其他因素,通訊會延遲幾秒鐘。)

儘管如此,對關鍵程式進行的詳細分析和使用全尺寸傳真硬體進行的實驗室測試,使戈達德的工作人員及其承包商有很大的信心。巧妙的變通方法也應該大大簡化問題。例如,工程師會將原本難以安裝的陀螺儀放置在廣域相機內部,該相機將從外部連線到內部望遠鏡結構。機器人修復“將非常緩慢,可能比宇航員慢10倍,但絕對是可行的,”伯奇說。

然而,由貝爾實驗室和新澤西理工學院的路易斯·J·蘭澤羅蒂領導的美國國家研究委員會委員會似乎不太確定。在其中期研究報告中,該小組指出:“擬議的哈勃機器人服務任務涉及的複雜性、精密度和技術成熟度水平,需要進行大量的開發、整合和演示才能達到飛行準備狀態。”委員會警告說,擬議的無人任務本質上是一項實驗,旨在實現現實世界中的困難目標,並且依賴未經測試的程式是冒險的。它敦促美國宇航局“不要採取任何會排除太空梭服務任務的行動”。這並不是一個完全的認可。

總部位於加利福尼亞州埃爾塞貢多的非營利性私人研究、開發和諮詢組織航空航天公司也持懷疑態度。據看過其機密評估報告的人士稱,該研究得出的結論是,機器人任務僅嘗試實現最低目標(延長哈勃望遠鏡的壽命)的成功機率為58%。更糟糕的是,更雄心勃勃的自動努力(安裝“脫軌模組”(用於控制再入的火箭發動機)和升級科學儀器)的成功率只有三分之一。據不願透露姓名的訊息人士稱,這些機率低於載人太空梭任務,後者的成功率達到 63%。

接下來是成本問題。伯奇說,美國宇航局對機器人任務的“保守”估計為 13 億美元,而知情人士表示,航空航天公司的分析將其定為 20 億美元左右。據說後者還將太空梭服務飛行的價格定在相同的金額左右。

最後,據說建立所需技術所需時間的估計也存在差異。戈達德團隊認為他們可以在 2007 年底之前做好準備,而航空航天集團估計完成時間為 2010 年——這是一個嚴重的障礙,因為哈勃望遠鏡目前的主電池很可能在 2009 年失效,從而使該天文臺永久失效。

作為機器人修復的替代方案,航空航天評估考慮過發射一艘包含改進觀測儀器的新飛行器。然而,許多觀察家認為這個耗資 20 億美元的“重新託管”選項是不現實的,因為直到航天器建成還需要很長時間。美國宇航局已計劃於 2011 年發射哈勃望遠鏡的替代品詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。

鑑於圍繞機器人救援的悲觀情緒,美國宇航局可能不得不選擇許多科學家和宇航員贊成的方案——回到“A 計劃”。用人來維修哈勃望遠鏡是不確定的,但這似乎是宇航員願意承擔的風險。“坦率地說,我們儘可能使用機器人,”阿波羅宇航員沃爾特·坎寧安說,他起草了一份請願書,得到了 26 位前宇航員的認可,支援恢復太空梭的工作。“但很少有人認為機器人技術足夠先進,能夠完成太空梭服務任務將要完成的工作。”

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