Steed的围脖 25-07-22 08:10
微博认证:科学科普博主

在距离地球近6亿公里的木星轨道上,一台相机快要失明了。图像上开始出现越来越多的雪花和条纹,噪点密布,几乎无法辨认拍摄画面。对于NASA的“朱诺号”(Juno)探测器团队来说,这无异于一场灾难。因为几周后,朱诺号将迎来一次千载难逢的机会:以极近的距离飞掠木星那颗狂暴的火山卫星——木卫一(Io),而这台相机,正是这次任务的主角。

这台命运多舛的相机名叫“朱诺相机”(JunoCam)。在整个朱诺号探测器上,它算是一个异类。为了保护核心的科学仪器不受木星周围恐怖辐射的侵扰,朱诺号的大部分精密电子设备都藏在一个厚厚的钛合金“装甲”里。但作为一台相机,朱诺相机必须把它的“眼睛”暴露在外面,这让它成了直面太阳系中最强辐射场的“勇士”。

设计之初,工程师就做好了心理准备,没人指望它能永远工作下去。然而,这位“勇士”并非刀枪不入。在安然度过几十个轨道周期后,辐射的累积伤害开始显现。起初只是些许雪花点,但随着朱诺号一次次穿越辐射带,情况愈发严重,图像上的条纹和噪点越来越多,直至最后几乎完全无法辨认。

隔着数亿公里的距离,进行一次“微创手术”几乎是不可能的。团队通过分析,猜测问题可能出在为相机供电的一个关键电压调节器上。它被辐射“污染”了。怎么办?留给他们的选择不多了。最终,团队决定采用一种古老而巧妙的物理方法:退火(Annealing)。

这个词听起来可能有些专业,但原理并不复杂。所谓退火,就是给一种材料(比如芯片中的硅)加热到特定温度,维持一段时间,然后再让它慢慢冷却。这个过程,有点像给一块疲劳的金属做一次“热敷理疗”,可以修复其内部因辐射造成的微观缺陷。工程师知道这招有时管用,但对于如此精密的相机,谁也说不准。

抱着试一试的心态,团队远程发出指令,启动了朱诺相机自带的唯一一个加热器,将相机的温度提升到远超常规工作温度的25摄氏度。大家屏息以待。奇迹发生了,退火处理结束后,朱-诺相机传回的图像竟然真的恢复了清晰!

然而,这次修复只是暂时的。朱诺号的轨道让它一次比一次更深入木星辐射的核心地带。仅仅几个轨道周期之后,老问题卷土重来,而且比之前任何时候都更加严重。 此时,距离与木卫一的“约会”仅剩数周时间。

团队决定做最后一搏,可以说是一次“死马当活马医”的豪赌。他们指令加热器开到最大功率,进行一次更长时间、更高温度的“强效退火”。

等待的过程是煎熬的。在极限退火的第一周,传回的测试图像毫无改善。团队的心沉到了谷底。然而,就在大家快要放弃希望时,就在距离飞掠木卫一仅剩几天的时候,图像开始奇迹般地变得清晰起来。一天比一天好。

2023年12月30日,当朱诺号从仅1500公里的高空掠过木卫一表面时,朱诺相机不负众望,以近乎刚出厂时的完美状态,拍下了一系列令人叹为观止的特写照片。照片上,覆盖着二氧化硫冰霜的山脉从平原上拔地而起,轮廓分明;前所未见的火山及其巨大的熔岩流场,也被清晰地记录下来。

这场跨越6亿公里的“极限救援”,最终以一个圆满的结局告终。

如今,朱诺号的旅程还在继续,辐射的挑战也依然存在。但这次经历的意义,早已超越了修复一台相机本身。朱诺号团队不仅拯救了一次关键的科学观测,还验证了一种低成本、高效的航天器“自愈”方法。正如项目首席研究员斯科特·博尔顿所说,朱诺号正在教会我们如何建造和维护更能抵抗辐射的航天器。

每一次这样的深空“妙手回春”,都在为人类未来的星际探索,乃至我们地球轨道上的商业和国防卫星技术,积累着宝贵的经验和无尽的启示。这,或许就是探索宇宙最迷人的地方:在解决一个个看似不可能的难题中,人类的智慧之光得以延伸至更遥远的远方。

-----

图为朱诺相机2023年12月拍摄的木卫一北极照片,在那那之前几周,相机还因为辐射而无法正常工作。来源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS; image processing: Gerald Eichstädt

信源:NASA官网新闻稿

发布于 韩国