哈勃望远镜的糟糕修复方案?

机器人修复可能比最初设想的风险更大

鉴于2003年哥伦比亚号航天飞机坠毁引发的安全担忧,决定采用机器人技术修复哈勃太空望远镜似乎是理所当然的。这样,这个受到科学家重视和公众钦佩的天文台就可以通过升级的传感器再运行至少五年。而且,通过使用远程操作机械臂所获得的全部经验将构成未来空间半自主服务操作的基础。然而,现在,独立的分析对机器人任务是否能够可靠地拯救哈勃望远镜提出了新的疑问。

按照最初的方案,进行太空行走的宇航员将更换故障的电池、陀螺仪和精细制导传感器。此外,包括广域相机和光谱仪在内的新科学仪器,将使哈勃的观测能力提高10倍甚至更多。

但在“哥伦比亚号”灾难发生后,美国宇航局缩减了航天飞机的计划。与前往国际空间站的任务不同,前往哈勃望远镜的任务没有为航天飞机及其机组人员提供紧急情况下的维修站和安全港。取而代之的是,太空机构考虑进行无人救援工作。


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美国宇航局戈达德太空飞行中心的项目经理普雷斯顿·伯奇解释说,无人任务面临着各种技术障碍。首先,自我引导的轨道修复模块必须在没有任何望远镜或地面人员协助的情况下与哈勃望远镜“会合和软对接”。(以前的自动对接只不过是“受控碰撞”。)他指出,这些先进的操作将在不久的将来由美国宇航局和国防部的三艘航天器进行演示。其次,机器人手臂必须解开几种类型的闩锁,连接电缆,并交换各种易碎的设备,通常是在狭小的空间中。配备微型摄像机和精密定位传感器的双机器人机械臂必须主要自主完成这项工作,只有地球上的操作人员进行有限的监督。(由于距离和其他因素,通信会延迟几秒钟。)

尽管如此,对关键程序进行的详细分析和使用全尺寸传真硬件进行的实验室测试,使戈达德的工作人员及其承包商有很大的信心。巧妙的变通方法也应该大大简化问题。例如,工程师会将原本难以安装的陀螺仪放置在广域相机内部,该相机将从外部连接到内部望远镜结构。机器人修复“将非常缓慢,可能比宇航员慢10倍,但绝对是可行的,”伯奇说。

然而,由贝尔实验室和新泽西理工学院的路易斯·J·兰泽罗蒂领导的美国国家研究委员会委员会似乎不太确定。在其中期研究报告中,该小组指出:“拟议的哈勃机器人服务任务涉及的复杂性、精密度和技术成熟度水平,需要进行大量的开发、集成和演示才能达到飞行准备状态。”委员会警告说,拟议的无人任务本质上是一项实验,旨在实现现实世界中的困难目标,并且依赖未经测试的程序是冒险的。它敦促美国宇航局“不要采取任何会排除航天飞机服务任务的行动”。这并不是一个完全的认可。

总部位于加利福尼亚州埃尔塞贡多的非营利性私人研究、开发和咨询组织航空航天公司也持怀疑态度。据看过其机密评估报告的人士称,该研究得出的结论是,机器人任务仅尝试实现最低目标(延长哈勃望远镜的寿命)的成功概率为58%。更糟糕的是,更雄心勃勃的自动努力(安装“脱轨模块”(用于控制再入的火箭发动机)和升级科学仪器)的成功率只有三分之一。据不愿透露姓名的消息人士称,这些概率低于载人航天飞机任务,后者的成功率达到 63%。

接下来是成本问题。伯奇说,美国宇航局对机器人任务的“保守”估计为 13 亿美元,而知情人士表示,航空航天公司的分析将其定为 20 亿美元左右。据说后者还将航天飞机服务飞行的价格定在相同的金额左右。

最后,据说建立所需技术所需时间的估计也存在差异。戈达德团队认为他们可以在 2007 年底之前做好准备,而航空航天集团估计完成时间为 2010 年——这是一个严重的障碍,因为哈勃望远镜目前的主电池很可能在 2009 年失效,从而使该天文台永久失效。

作为机器人修复的替代方案,航空航天评估考虑过发射一艘包含改进观测仪器的新飞行器。然而,许多观察家认为这个耗资 20 亿美元的“重新托管”选项是不现实的,因为直到航天器建成还需要很长时间。美国宇航局已计划于 2011 年发射哈勃望远镜的替代品詹姆斯·韦伯太空望远镜。

鉴于围绕机器人救援的悲观情绪,美国宇航局可能不得不选择许多科学家和宇航员赞成的方案——回到“A 计划”。用人来维修哈勃望远镜是不确定的,但这似乎是宇航员愿意承担的风险。“坦率地说,我们尽可能使用机器人,”阿波罗宇航员沃尔特·坎宁安说,他起草了一份请愿书,得到了 26 位前宇航员的认可,支持恢复航天飞机的工作。“但很少有人认为机器人技术足够先进,能够完成航天飞机服务任务将要完成的工作。”

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