阿尔法磁谱仪告急!NASA增派两队宇航员上天 5人将参与太空维修

北京时间7月21日凌晨,来自欧美俄的三名宇航员将乘坐联盟MS-13飞船前往国际空间站,而短短两个月后的9月25日,还有一组宇航员将再次前往国际空间站(远高于平均3个月一艘的频率)。这些宇航员抵达国际空间站后,除了要进行常规的科学实验和空间站维护外,还有一项重要的使命——维修濒临瘫痪的“阿尔法磁谱仪”。

阿尔法磁谱仪在国际空间站上

说到阿尔法磁谱仪(AMS)大家肯定都不陌生,是由我们华人之光的丁肇中教授主持研发的大型粒子物理探测装置,目的是探测宇宙中的反物质与暗物质,揭开宇宙起源和成分的秘密。AMS由美国能源部主导建设,包括中国在内的16个欧亚国家参与了合作,整个项目耗资近20亿美元,2011年由奋进号航天飞机带到国际空间站。AMS是一个重达8吨的暴露设备,因此控制人员通过机械臂将其安装在空间站外左上侧的桁架上。

阿尔法磁谱仪主要依靠磁铁改变带电粒子的运行方向(带正电和负电荷的粒子通过磁场时运行的轨迹是相反的),再通过硅跟踪器记录其轨迹,从成千上万的带电粒子种寻找反物质。原本的设计寿命是3年,但由于需要收集更多的粒子数据,能源部和NASA将其使命拓展到了10-18年。这使得AMS上的部分设备的耐用性受到超乎寻常的考验。

机械臂从航天飞机上取下阿尔法磁谱仪

由于阿尔法磁谱仪的硅跟踪器需要长期稳定在10摄氏度的工作温度,因此它有一套单独的温度控制系统来为其保温。为了冗余备份,AMS为温控系统设置了4个完全相同的温控压缩泵。但该发生的还是发生了,2017年AMS运行6年后,已经有两个压缩泵完整坏掉。截至目前,只有一个压缩泵在正常工作,另外一个压缩泵也有些小毛病,被设置为紧急备份使用,按照3年的寿命期算,这唯一一个正常的压缩泵也快要坏掉了,因此NASA不得不赶紧更换它们。

近距离观看阿尔法磁谱仪

根据NASA最新的一份简报透露,阿尔法磁谱仪目前整体处于服务降级状态,也就是说很可能这个所谓正常的压缩泵也出了问题,如果再拖下去整个AMS都会罢工。其实早在2017年时,丁肇中教授就曾经表示已经跟NASA一起改进了压缩泵的设计,并订购了12台新泵。其中4台新泵将被送往国际空间站进行替换。但不知为何该工作一直在被推迟。

丁肇中教授在阿尔法磁谱仪发射现场

有种说法是美国内部对这个耗资20亿美元的“电磁铁”有不同的声音,而且维修阿尔法磁谱仪的花费据说还要超过1亿美金。预算的不足也许是维修工作一再被拖延的主要原因。但随着AMS功能日渐衰退,项目又是美国能源部主导,已经花了这么多钱了,因此到了不得已的时刻还得硬着头皮上去修。

由于阿尔法磁谱仪安装在国际空间站的外部桁架上,因此维修起来特别麻烦,需要多名宇航员配合并进行多次太空行走才能胜任。从AMS第一台泵出问题后,NASA从2016年就开始训练宇航员进行太空行走维修AMS的技能,至今已经有三年的时间。

需要多次宇航员太空行走才能维修AMS

欧空局的意大利宇航员卢卡·帕米塔诺将是维修阿尔法磁谱仪的主要太空行走人之一,他也是7月21日升空的联盟MS-13飞船的船员。抵达国际空间站后,帕米塔诺至少有两个月的时间进行准备,等候新的压缩泵和维修工具的到来。9月份将要升空的3名宇航员之一的杰西卡·梅尔,也是这次AMS抢修任务的主角之一,她的5人团队将共同参与多次太空行走和更换AMS压缩泵的维修任务。

更新后的阿尔法磁谱仪将焕发一新,继续以每秒1000个的速度记录宇宙射线,并以每秒300K的速度向地面传输。目前AMS已经观察到了大量的正电子和轻型反质子,由于接收到的数据大多是氦粒子,因此AMS主要致力于寻找未受污染的反氦质子,一旦数据被证实,那么将是科学界的再次伟大成就。

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