不可能完成的任務(wù)？一臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡正在墜落，看 NASA 如何大膽營(yíng)救

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翻譯：劉海牧

校對(duì)：王茸

審閱：繆征一

美編：張榮娜

后臺(tái)：李子琦

https://www.space.com/space-exploration/launches-spacecraft/no-one-thought-it-was-going-to-be-possible-a-space-telescope-is-falling-out-of-space-this-is-nasas-daring-plan-to-save-it

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的尼爾·格雷爾斯·雨燕天文臺(tái)正逐漸偏離軌道墜落。NASA已制定一項(xiàng)大膽的計(jì)劃，利用由Katalyst Space公司建造的航天器對(duì)其進(jìn)行拯救。

圖源：NASA

20多年來(lái)， NASA的“雨燕”太空天文臺(tái)一直在軌道上開(kāi)展豐富的科學(xué)研究，尋找宇宙中最劇烈爆炸——伽馬射線暴的跡象。如今，隨著軌道逐漸偏離，它正向地球墜落，注定將在今年年底前在一場(chǎng)烈火中消亡。

但情況或許還有轉(zhuǎn)機(jī)。

NASA正在籌劃一項(xiàng)大膽的救援任務(wù)——“雨燕推進(jìn)”（Swift Boost）任務(wù)，這在人類航天史上尚屬首次。該計(jì)劃要求由亞利桑那州Katalyst Space公司建造的一艘未經(jīng)測(cè)試的航天器，與“雨燕”天文臺(tái)進(jìn)行交會(huì)對(duì)接并對(duì)其軌道進(jìn)行提升，而該天文臺(tái)在設(shè)計(jì)之初完全沒(méi)有考慮過(guò)對(duì)接功能。這一切都必須在天文臺(tái)墜回地球之前完成。

如果一切順利，Katalyst公司的空間拖船（名為“Link”）將把”雨燕”天文臺(tái)提升到更高、更安全的軌道，從而為這臺(tái)老舊空間望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)延長(zhǎng)數(shù)年壽命。發(fā)射已正式定于6月27日，屆時(shí)“Link”將搭乘最后一枚飛馬座XL（Pegasus XL）火箭升空，這是一款由Northrop Grumman公司建造的火箭。

“坦率地說(shuō)，我必須承認(rèn)：此前沒(méi)有人認(rèn)為這會(huì)成為可能，沒(méi)有人想到我們能走到今天這一步。” NASA天體物理學(xué)部門主管肖恩·多馬加爾-戈德曼（Shawn Domagal-Goldman）在6月17日接受記者采訪時(shí)表示。

最引人注目的是，這項(xiàng)任務(wù)成型并籌備完畢的速度之快。

在這張藝術(shù)概念圖中展示的，是正繞地球運(yùn)行并探索瞬息萬(wàn)變宇宙的NASA“雨燕”太空天文臺(tái)。這臺(tái)于2004年發(fā)射升空的太空望遠(yuǎn)鏡如今正不斷墜離軌道，其在軌服役的時(shí)光已屈指可數(shù)。

圖源：NASA 戈達(dá)德航天飛行中心概念圖像實(shí)驗(yàn)室

就在2025年9月， NASA選中了Katalyst公司，在3000萬(wàn)美元的預(yù)算內(nèi)建造一艘能夠提升雨燕軌道的航天器。那是九個(gè)月前。而現(xiàn)在，這艘完工的“Link”航天器，配備了三個(gè)機(jī)械臂、三個(gè)霍爾主推力器以及一套其他儀器，已經(jīng)裝載在飛馬座XL火箭上，并固定在L-1011“觀星者號(hào)”載機(jī)腹部，準(zhǔn)備前往位于南太平洋瓜加林環(huán)礁的發(fā)射場(chǎng)。

“在過(guò)去的九個(gè)月里，我們經(jīng)歷了一張白紙到最終成型的全過(guò)程。現(xiàn)在，這艘航天器已經(jīng)與飛機(jī)上的火箭完成組裝，正整裝待發(fā)前往瓜加林準(zhǔn)備發(fā)射。對(duì)于該項(xiàng)目而言，這絕對(duì)是一個(gè)前所未有的研發(fā)周期。”Katalyst Space公司“Link”項(xiàng)目首席研究員基蘭·威爾遜（Kieran Wilson）表示。

然而， NASA想要成功拯救“雨燕”（Swift）太空天文臺(tái)，這種“迅速”（swift）的任務(wù)可以說(shuō)是至關(guān)重要的。（注：swift既是這個(gè)太空天文臺(tái)的名字，同時(shí)也有迅速的意思）

6月8日，Katalyst Space 公司的“Link”航天器在弗吉尼亞州的 Wallops 飛行基地等待封裝入Northrop Grumman公司的飛馬座XL火箭中。

圖源：NASA/Ron Beard

2004年，“雨燕”（全稱為尼爾·格雷爾斯·雨燕天文臺(tái)，以其已故首席研究員的名字命名）發(fā)射升空，執(zhí)行一項(xiàng)預(yù)算達(dá)2.5億美元的任務(wù)，旨在觀測(cè)天空中宇宙內(nèi)部的伽馬射線暴及其他高能天體物理現(xiàn)象。在距離地球約600公里的初始軌道上，它宛如一個(gè)靜默的哨兵，隨時(shí)準(zhǔn)備以空前的速度快速轉(zhuǎn)向并鎖定新目標(biāo)。

“‘雨燕’旨在研究伽馬射線暴，這種短促的高能閃光在短短幾秒鐘內(nèi)釋放的能量，比太陽(yáng)一生釋放的還要多，在這方面它取得了巨大成功，已經(jīng)探測(cè)到了2000多個(gè)此類源頭，其觸角一直延伸到可觀測(cè)宇宙的邊緣。”該項(xiàng)目首席研究員布拉德·森科（Brad Cenko）告訴記者。

森科表示，正是得益于“雨燕”的觀測(cè)，科學(xué)家們才得以確鑿無(wú)疑地證實(shí)，我們所知的重元素，包括你現(xiàn)在身上佩戴的首飾中閃閃發(fā)光的黃金和鉑金，都是由這些宇宙中的劇烈爆炸事件鍛造而成的。原本預(yù)計(jì)只能在軌道上運(yùn)行兩年，而如今它已平穩(wěn)走過(guò)第二個(gè)十年，且依然處于良好的健康狀態(tài)。當(dāng)然，除了正在“逐漸偏離軌道墜落”這部分。

要知道，“雨燕”自身并沒(méi)有配備推進(jìn)器或任何形式的動(dòng)力系統(tǒng)。而這些年來(lái)，太陽(yáng)活動(dòng)的加劇使得地球大氣層發(fā)生膨脹，從而對(duì)“雨燕”產(chǎn)生了超出預(yù)期的阻力，導(dǎo)致其不斷從初始軌道向下跌落。

去年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)意識(shí)到這臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡的墜落速度超出了預(yù)期。如果不實(shí)施救援任務(wù)，它將在今年夏天結(jié)束前墜毀在地球上。

“如果是一顆普通的衛(wèi)星偏離軌道墜落，那倒也無(wú)妨，但這絕非普通的航天器。這是一臺(tái)在天體物理學(xué)領(lǐng)域擁有獨(dú)特觀測(cè)能力的天文臺(tái)……它動(dòng)作敏捷，能夠劃過(guò)夜空快速轉(zhuǎn)向，去搜尋那些在黑夜中爆發(fā)的宇宙奇觀。”多馬加爾-戈德曼表示。

“因此我們決定，是的，這次我們一定要去拯救它，正是因?yàn)樗奶厥庑浴！彼a(bǔ)充道。

藝術(shù)效果圖：在軌道提升任務(wù)中，Katalyst Space公司的“Link”航天器正在接近并捕捉“雨燕”太空天文臺(tái)。

圖源：Katalyst Space Technologies

要想成功拯救“雨燕”，這艘“Link”航天器必須保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都萬(wàn)無(wú)一失。

這艘重達(dá)425公斤的航天器將于6月27日發(fā)射進(jìn)入初始測(cè)試軌道，并進(jìn)行一系列檢查，以確保其基礎(chǔ)系統(tǒng)（三個(gè)主發(fā)動(dòng)機(jī)、16個(gè)反推力控制器、太陽(yáng)能電池陣列以及機(jī)械臂）均運(yùn)行正常。

“我們將進(jìn)行為期數(shù)周的試運(yùn)行，之后就會(huì)開(kāi)始調(diào)整姿態(tài)和軌道，以便接近‘雨燕’。”威爾遜表示。

一旦“Link”進(jìn)入“雨燕”的軌道，它將執(zhí)行一系列近距離操作并進(jìn)行對(duì)接，隨后在幾個(gè)月的時(shí)間里將這臺(tái)太空天文臺(tái)提升回初始軌道。森科表示，如果一切按計(jì)劃順利進(jìn)行，“雨燕”最快有望在今年秋季恢復(fù)科研工作。（自今年2月以來(lái)，該望遠(yuǎn)鏡一直處于低功耗模式，以盡可能減緩軌道衰減速度。）

如果“Link”任務(wù)成功，“雨燕”在太空中的壽命有望再延長(zhǎng)五年或更久。與此同時(shí)，“Link”則將與天文臺(tái)分離，并主動(dòng)離軌墜回地球，以這種方式宣告自身任務(wù)的結(jié)束。

“這一切都充滿挑戰(zhàn)且風(fēng)險(xiǎn)巨大，許多航天器研發(fā)周期更長(zhǎng)、資金投入也更多，卻因?yàn)橐恍O其普通的原因而宣告失敗。”威爾遜表示。

許多看似微不足道的細(xì)節(jié)，都可能導(dǎo)致滿盤皆輸。

威爾遜舉例說(shuō)，比如“Link”上的太陽(yáng)能電池陣列可能會(huì)發(fā)生故障。他還補(bǔ)充道，“雨燕”已經(jīng)在軌道上運(yùn)行了太久，其表面的保護(hù)性隔熱毯可能已經(jīng)像玻璃一樣脆弱，一旦“Link”的機(jī)械臂抓取時(shí)，就可能會(huì)發(fā)生碎裂。

4月15日，Katalyst Space公司的工程師們正在對(duì)“Link”航天器進(jìn)行固定，隨后它被送入Goddard 航天飛行中心的振動(dòng)試驗(yàn)艙中。

圖源：Scott Wiessinger

再者就是太陽(yáng)的隱患。正是由于太陽(yáng)活動(dòng)的加劇，才讓“雨燕”陷入了如今的險(xiǎn)境，而這種活動(dòng)目前仍在持續(xù)。事實(shí)上，如果太陽(yáng)在“Link”趕到之前爆發(fā)一場(chǎng)重大的太陽(yáng)風(fēng)暴，那么”雨燕”恐怕距離在劫難逃也就僅剩一步之遙了。

按照目前的軌跡，“雨燕”預(yù)計(jì)將在10月前跌落至300公里以下的低軌道。一旦到了那個(gè)地步，其高度對(duì)于“Link”來(lái)說(shuō)可能就太低了，難以實(shí)施救援。一場(chǎng)突如其來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)暴也可能會(huì)加速這一墜落進(jìn)程，但NASA依然抱有希望。

“就目前而言，我們認(rèn)為‘雨燕’在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)仍將保持足夠高的軌道高度，這讓Katalyst Space的團(tuán)隊(duì)有極大的機(jī)會(huì)去捕捉它并幫我們提升軌道。”森科表示。

Katalyst Space正是將賭注押在了未來(lái)航天器在軌服務(wù)和壽命延長(zhǎng)的市場(chǎng)需求上。本周，該公司成功籌集了1200萬(wàn)美元的資金，用于研發(fā)一款功能更強(qiáng)大的航天器，命名為“Nexus”。該公司計(jì)劃利用該航天器“將衛(wèi)星服務(wù)拓展至多軌道、多任務(wù)的在軌作業(yè)”。

“在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，我們已經(jīng)非常擅長(zhǎng)向太空發(fā)射航天器，Katalyst 的出現(xiàn)，正是為了徹底告別那種‘一次性使用’的舊模式，并開(kāi)啟一個(gè)全新的時(shí)代。”Katalyst 負(fù)責(zé)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的副總裁羅伯特·拉蒙塔涅表示。

“Nexus”任務(wù)的首次測(cè)試飛行最快有望于2027年發(fā)射。其目標(biāo)是一顆名為“Rooster”（公雞）的美國(guó)太空軍衛(wèi)星，該衛(wèi)星位于地球上方35,786公里（22,236英里）的地球靜止軌道上，其高度遠(yuǎn)高于“雨燕”太空天文臺(tái)。這項(xiàng)名為”Nexus-1”的任務(wù)將于明年搭乘“阿里安6號(hào)”（Ariane 6）火箭發(fā)射升空。

責(zé)任編輯：楊宜修

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