一個耗資20億美元的暗物質實驗專案在國際空間站上執行，該專案的操作人員正在努力尋找方法，以保持三個關鍵冷卻泵的正常工作，此前第四個冷卻泵於去年發生故障。這次故障引發了迄今為止最嚴重的擔憂，即阿爾法磁譜儀（AMS）——它探測宇宙射線，尋找暗物質在深空中湮滅的跡象——是否能堅持到空間站計劃於2024年退役。AMS最初設計任務為期三年，目前已進入第四年，還剩下九年。
美國宇航局總部（位於華盛頓特區）的AMS專案經理馬克·西斯蒂利表示：“我們正在分析一系列可能性”，以找出冷卻泵的故障原因以及如何修復它。測試已經排除了其中一種可能性，即輻射燒燬了損壞泵的電子裝置。
AMS繼續使用剩餘的三個泵收集科學資料。它們是液態二氧化碳冷卻系統的一部分，該系統的目的是在AMS（位於空間站外部）每次90分鐘繞地球軌道執行時，在進出陽光照射的過程中散發熱量。
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任何時候只需要一個泵工作。一個泵在2014年2月發生故障，至少還有三個泵中的一個顯示出可能出現問題的跡象。
自從8.5噸重的AMS於2011年開始執行以來，它已經追蹤了超過690億束穿過其探測器的宇宙射線。其目標是尋找反物質和暗物質。2013年，AMS科學家報告了測量正電子的數量和能量，這些資料暗示了暗物質的存在，但並未證實。
實驗的科學效力取決於它追蹤到的粒子數量，因此執行時間越長，結論就越可靠。“到目前為止，我們已經取得了一些了不起的科學成果，”西斯蒂利說。“如果可以的話，我們真的希望執行到2024年。”
延長執行時間
最初，AMS計劃僅執行三年。其最初的設計要求使用超導磁體，這將更快地完成科學任務，但工程師在發射前幾個月將其更換為普通磁體。測試表明，超導磁體的升溫幅度超出預期，團隊擔心它可能會在其三年期限到期之前耗盡所有氦冷卻劑。
現在，冷卻系統再次成為問題。這些泵位於AMS的一個稱為矽徑跡器的部分，與設計用於超導磁體的泵相同，設計壽命為三年。
冷卻系統由荷蘭阿姆斯特丹國家航空航天實驗室領導的國際團隊建造。該實驗室的一位代表將問題轉給了位於瑞士日內瓦附近歐洲核子研究中心的AMS科學小組，該小組由劍橋市馬薩諸塞理工學院的諾貝爾獎得主丁肇中領導。
丁肇中曾指導AMS經歷了多年的開發和挫折，他對有關冷卻泵的問題幾乎沒有耐心。“我們有四個泵——我們只需要一個，”他說。“我們預計將在空間站的整個壽命期內執行。”
如何解決問題取決於最終的故障原因。西斯蒂利說，一個簡單的解決方案可能是上傳軟體，以不同的方式操作剩餘的泵，以延長它們的使用壽命。另一種可能性是在泵上或泵附近安裝隔熱毯，以控制溫度並降低它們的負荷；AMS的其他部分已經有這樣的隔熱毯。最壞的情況是宇航員進行太空行走來更換零件。
西斯蒂利說，AMS團隊可能需要六個月到一年的時間才能決定解決方案。
與此同時，第二個規模較小的暗物質實驗——量熱電子望遠鏡，已於上個月抵達空間站。它由日本宇宙航空研究開發機構領導，將探測能量高於AMS研究中的宇宙射線。
本文經許可轉載，並於2015年9月2日首次發表。