俄罗斯今年年初的采样返回任务以令人心碎的、出师不利的失败,造成了广泛的失望。对于俄罗斯来说,这本应是朝着一个雄心勃勃的目标发起的“骑兵冲锋”,这个目标本可以弥补四分之一世纪的行星际无能,但结果却变成了一场宇宙级的耻辱,因为航天器在升空后不久就失效了。对于行星科学来说,这意味着火星卫星火卫一的成分仍然是推测性的,其起源仍未确定。对于未来的人类太空战略来说,正如火卫一土壤采样返回任务旨在确定的那样,在前往火星的途中获得宝贵的氧气供应的可能性仍然不确定。
在探测器于 1 月 15 日在东南太平洋上空烧毁后的几周内(尽管莫斯科官方保证,它可能将一些未被观察到的碎片掉落到智利和阿根廷的陆地上),俄罗斯航天局 Roscomos 在其网站上发布了事故调查结果的摘要。
今年早些时候以俄文发布的这份报告提出了比解答更多的问题。这些问题可能会影响俄罗斯未来参与欧洲和美国行星任务的计划。
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尽管俄罗斯高级官员此前曾对美国雷达的干扰提出广为人知的猜测,但该假设已被驳回。相反,调查表明,宇宙射线在完全错误的时间击毁了两块非抗辐射加固的微芯片。这一事件导致探测器的计算机默认进入“安全模式”,并等待来自地球的补救指令。尽管美国辐射加固专家认为这一结论不太可能,但他们承认并非不可能。
现在,这一发现受到了严重质疑,因为它在统计学上不太可能,而且已经出现了关于更可能致命缺陷的报告。
在该报告发布之前(实际上,在某些情况下,甚至在火卫一土壤采样返回任务发射之前),俄罗斯媒体匿名引用的专家声称,探测器的飞行软件设计和实施得很糟糕,并且对探测器的最后一刻修改很多且控制不善。但官方报告驳斥了对软件或硬件的任何此类怀疑。
报告间接地承认,两个根本性的设计缺陷最终导致探测器无法承受宇宙射线环境。首先,绝大多数外国制造的微芯片——总共超过 90,000 个——从未经过辐射硬化筛选,并且在完全知晓它们不符合“太空资格”的情况下购买。其次,该飞行器的设计使得来自地球的紧急无线电指令(将探测器从安全模式中引导出来所需的信号)几乎不可能在探测器离开其低停泊轨道并驶向火星之后才被接收到。到那时,对其进行长时间跟踪将变得容易得多。
根据报告的时间表,由于最初未能点燃发动机前往火星,探测器在完全自动驾驶控制下保持在其低停泊轨道上。通过推进器点火保持指向太阳的方向。然而,由于地面站点无法将其信号准确地指向快速移动且仅短暂可见的探测器,因此花了将近两周时间才建立任何双向通信。
在此期间,地面跟踪揭示了一种奇怪的行为模式。低椭圆轨道实际上开始上升,主要是在其近地点(最低点)。上升是稳定的,直到 10 天后,它突然停止并开始自然衰减。这些意外的变化使精确预测其未来飞行路径变得更加复杂,这可能导致地面站点无法以足够的精度指向其信号。
俄罗斯的报告将这种“近地点蠕变”归因于定向推进器在点火以保持太阳能电池板指向太阳时产生的推进效应。当首次认识到意外的轨道变化时,西方观察家就提出了完全相同的效应。他们还将蠕变的结束归因于姿态控制推进剂的耗尽,俄罗斯的报告没有提及这一点。
在蠕变结束后几天,地面站点终于建立了联系,但从未收到可读的遥测数据。在这一点上,由于未说明的原因,探测器打开了其主无线电系统,但不知何故未能在一个通信会话结束时将其关闭。根据报告中给出的重建,这种电力消耗迅速耗尽了电池。
几天之内,某种爆炸事件炸毁了包含计算机、无线电和电池的加压航空电子设备舱——喷射出雷达观察到的小碎片。然后,航天器失去姿态控制并开始翻滚,并且无可挽回地失效了。它的轨道衰减得更快,并在八周后撞击大气层。
然而,整个戏剧性的情景似乎是基于一系列假设,而不是实际的遥测数据。
该报告没有承认任何管理上的缺陷,而是依赖于失败的外部原因——外国航天专家对此原因表示严重怀疑。“非常不可能”是美国宇航局喷气推进实验室辐射效应小组负责人 Steven McClure 在为 IEEE Spectrum 研究该报告后描述它时使用的外交辞令。
由于 Roscosmos 未能发布该报告的官方英文版本,以及俄罗斯新闻媒体中突然消失了对失败的讨论,因此对真正致命问题的这种见解已被掩盖。
或许未来几天会有更多内部信息泄露出来,官方调查的其他结果也将发布,包括为为该任务贡献设备和跟踪支持的国际合作伙伴提供的权威英文翻译。
目前,为了防止进一步的事故发生,俄罗斯航天官员似乎正在退回到苏联时代的做法,呼吁加强控制、增加委员会、加强纪律,并在有理由的情况下加大惩罚力度。如果对火卫一土壤采样返回任务的失败诊断有误——大多数西方专家认为,任务失败是由于软件缺陷而不是宇宙射线巧合造成的,那么规定的补救措施可能毫无用处,甚至有害——在俄罗斯参与美国和欧洲太空任务的程度只会增加的时候,这些做法将无法解决问题或防止代价高昂的飞行失败再次发生。