日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）在新聞發(fā)布會上解釋“瞳”衛(wèi)星故障原因
據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站報道，廣受世界天文學界期待的日本旗艦級天文衛(wèi)星“瞳”（Hitomi）于今年2月17日發(fā)射升空，但在大約5個星期之后便出現(xiàn)翻滾失控跡象，經(jīng)過詳細調查之后，日本方面宣布這顆衛(wèi)星的失控情況極可能是由一項基礎工程失誤造成的。
簡單來說，“瞳”的姿控系統(tǒng)對于星體在太空中的指向感知出現(xiàn)混亂，于是自動啟動了一臺反推發(fā)動機試圖阻止自身繼續(xù)翻滾。但很顯然姿控系統(tǒng)的發(fā)動機噴射方向反了，因此啟動姿控發(fā)動機的后果是加速——而不是阻止衛(wèi)星的翻滾。
日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）正式宣布，這一耗資超過310億日元（約合18.88億人民幣）的衛(wèi)星已經(jīng)失去聯(lián)系。監(jiān)測顯示至少有10塊碎片脫離衛(wèi)星本體，其中包括兩側為衛(wèi)星提供電力的兩片太陽能帆板。
此前，“瞳”一直被視作是X射線天文學的未來。美國馬里蘭大學的理查德·木肖茨基（Richard Mushotzky）表示：“這是一大科學悲劇。”
在本次災難性事件之前，“瞳”成功地開展了一次重要的觀測，對英仙座一個星系團內部的氣體運動進行了觀測。用于開展這項觀測的高分辨率光譜儀是經(jīng)歷30年的努力才研制成功的。在此之前的兩個版本也都在此前的探測器事故中損失掉了。
“瞳”衛(wèi)星的異常狀況在其發(fā)射升空之后數(shù)周開始出現(xiàn)，當時其搭載的星敏感器出現(xiàn)異常，這是衛(wèi)星搭載用于保持自身在太空中正確姿態(tài)指向的數(shù)個子系統(tǒng)之一。每次當衛(wèi)星運行到南美洲東海岸一片被稱作“南大西洋異常區(qū)”（South Atlantic Anomaly）的區(qū)域上空時，這一系統(tǒng)就會出現(xiàn)故障。在這一區(qū)域，圍繞地球分布的范·艾倫輻射帶距離地面相對較近，從而使飛船暴露在相對更高的輻射環(huán)境中。
這一情況本身并不會導致嚴重后果，然而星敏感器的問題卻接連引發(fā)了一系列的后續(xù)問題，并最終釀成悲劇。
災難性的翻滾
3月26日日本標準時間凌晨03：01（北京時間02：01），“瞳”衛(wèi)星根據(jù)預設指令開始執(zhí)行轉向，其指向從對準金牛座蟹狀星云轉向馬卡良205星系。就在這一過程中間的某個時刻，“瞳”星敏感器的問題讓衛(wèi)星選擇替代方案，使用其搭載的一組陀螺儀來判斷自身空間姿態(tài)。然而陀螺儀系統(tǒng)卻錯誤地向衛(wèi)星計算機發(fā)送報告，認為星體正以大約每小時20度的速度發(fā)生旋轉。于是星載計算機對此自動做出反應，命令被稱作“反應輪”的微型發(fā)動機反方向啟動，試圖阻止衛(wèi)星翻滾。
而一旦反應輪達到最大轉速，在正常情況下一根內置的磁棒將會被釋放出來，從而阻止衛(wèi)星的加速情況達到失控的程度。但這一程序執(zhí)行的前提是這根磁棒必須處于適當?shù)慕嵌确轿唬谶@樣的異常情況下，磁棒系統(tǒng)未能發(fā)揮作用阻止反應輪繼續(xù)加速。于是“瞳”衛(wèi)星本體的旋轉愈來愈快。
隨后，飛船檢測到異常并自動進入安全模式，到了日本時間04：10（北京時間03：10）左右，再次開啟推進系統(tǒng)試圖阻止旋轉。但由于錯誤指令已經(jīng)被上傳，此次推進操作更進一步加劇了衛(wèi)星翻滾。這一錯誤指令是在數(shù)周之前被上傳的，當時相關軟件程序沒有經(jīng)過適當?shù)臏y試步驟，目前JAXA已經(jīng)表示正在對這一事件展開調查。
以上所有這一系列事件發(fā)生時，衛(wèi)星正位于地球的另一邊，因此日本方面無法對衛(wèi)星的這些情況做出實時響應。
在美國， 3月25日是一個周五，項目科學家們聚在一起慶祝“瞳”衛(wèi)星項目的成功開端，隨后便回家睡覺去了。周六清晨，美國方面的科學家們接到了“瞳”衛(wèi)星項目主管高橋忠幸的一封簡短郵件，告知他們衛(wèi)星正處于危急狀態(tài)。
地面望遠鏡開始對“瞳”衛(wèi)星的姿態(tài)進行觀測，并發(fā)現(xiàn)這顆衛(wèi)星正處于每5.2秒旋轉一周的翻滾之中。
錯失的機會
美國威斯康星大學麥迪遜分校的天文學家丹·邁克卡門（Dan McCammon）幫助設計并制造了“瞳”衛(wèi)星的主要觀測設備之一——一臺能夠以極高精度測定X射線光子能級的X射線熱量計。此前他已經(jīng)在這一設備研制上花費超過30年的努力，并曾經(jīng)在此之前將這一設備安裝在ASTRO-E衛(wèi)星上，但后者在2000年發(fā)射時墜毀；后來又在2005年搭載在日本“朱雀”（Suzaku）衛(wèi)星上，然而由于氦泄露故障，這一設備在升空后數(shù)周便失去了功能。
邁克卡門表示，將需要美國宇航局投資5000萬美元，并需要花費3~5年的時間才能重新制造一臺這樣的熱量計設備。下一次搭載機會將會是歐洲空間局計劃發(fā)射的“雅典娜”（Athena）探測器，但這項計劃的預計發(fā)射時間要等到2028年之后。
日本埼玉大學的天體物理學家田代允指出，X射線熱量計是此次事故中最慘重的損失。原本這臺設備將可以收集到爆炸恒星，星系團以及星系間氣體成分的超精細數(shù)據(jù)。他說：“我們錯過了新科學。”
但“瞳”仍然為科學做出了貢獻。由于此前失敗的“朱雀”項目，科學家們?yōu)椤巴币?guī)劃了升空后便立即執(zhí)行的重要早期觀測計劃。在發(fā)射升空后大約8天，“瞳”將其X射線觀測之眼指向距離地球大約2.5億光年之外的一個英仙座星系團。通過對該星系團內氣體流出速度的測量，“瞳”能夠幫助天文學家們估算出，隨著時間推移，恒星不斷在星系內誕生和消亡，在此過程中星系團的質量是如何發(fā)生變化的。這一測量結果對于暗能量的研究具有關鍵意義。
木肖茨基指出，這些數(shù)據(jù)可能將發(fā)表幾篇重要的論文。但也僅此而已了。他說：“我們一共只開展了3天的觀測，而我們原本的設想是10年。”