玉兔二号月球车月背失联数小时,到底是什么原因?发生了什么?

玉兔二号月球车月背失联数小时,到底是什么原因?发生了什么?

首页角色扮演玉兔风云更新时间:2024-06-05

2019年6月4日上午8时20分,北京航天飞行中心的操作人员向往常一样,开始了玉兔二号月球车唤醒工作。往常冗长的自检任务之后的通过声音,这次却迟迟没有响起。地面工作人员发现,虽然地表依旧可以接收到玉兔二号的信号,但是信号已经是一堆乱码,遥测内容完全无法解析,玉兔二号进入了一种实质上的失联状态。

地面控制中心赶紧召集专家开会讨论。简短的会议之后,专家组临时统一了意见,他们认为这种信号依旧畅通,但是内容时乱码的状态可能有两种情况:一种是地面中心的接收程序出现问题,还有一种就是月球车上出现了什么未知的障碍。

地面故障处理小组

当然,我们还是希望问题是出在地面上的,地面上的检修工作肯定比月背简单得多了。切换了几个地面站信号之后,月球车驾驶员报告:

不行,还是乱码,月球车无法控制。

虽然玉兔二号设计寿命只有3个月,现在已经是超期2个月的状态,出现一些不可逆的故障也是在所难免。但是,在前一个月夜的自检中,玉兔二号还是状态良好,各项指标正常的。短短的一个月夜能发生了什么,让玉兔二号毫无征兆地直接失联了呢?

玉兔二号通信先后通过月球车和鹊桥中继

继续分解问题后有专家提出,应该是某个子系统出现了问题。这种乱码现象一般出现在机上解调器失常后,嫦娥四号采用了三套热备份的控制系统,总不能这几个系统同时出了问题吧?这样看来,目前有问题的只能是“鹊桥”中继卫星了。

月背探索的一大难题就是月背始终背向地球,无线电信号被阻断,月球车无法直接与地面联系。于是我们在嫦娥四号任务之前,咱们发射了一颗高轨道的“鹊桥”卫星,用来中继地球与月球之间的联系。虽然目前大概率是“鹊桥”卫星出现了问题,那么到底是再发射一颗卫星替代“鹊桥”,还是就此终止整个“玉兔二号”计划?两条路摆在了专家面前。

控制中心一片寂静,由于之前玉兔二号的优秀表现,控制中心为它制定了大量的额外探测任务和科研实验。难道玉兔二号真的要因为中继星的问题戛然而止了吗?

这种结果当时没有人甘心。控制中心尝试反复重启“鹊桥”卫星的软件系统,祈祷现在这个故障是一个软件上的问题,重启有一定的机率修复。

测试遥测指令不断发出,但是月球车上的实时时间一直停留在上个月夜的入夜时刻。

漫长的尝试之后,月球车时间突然重新跳动起来,地月通信恢复了正常。如同来的毫无征兆一样,月球车地失联状态也是突然之间就结束了。

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后来专家分析,这次奇怪的失联状态,可能是遭了“单粒子效应”的招了。

航天上有一个让人闻之色变的“单粒子效应”,说的是宇宙高能辐射击穿了航天器的屏蔽层,直接打在了航天器处理器上。现在的数字处理器使用高电平或者低电平来存储信息,高能辐射击中芯片放电会导致处理器出现异常区域,继而引发失控、失效。地面专家组推测玉兔二号这次持续了数个小时的失联,就是因为鹊桥中继卫星出现了单粒子效应,解调器被高能辐射击中,导致了故障产生。

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之所以做出这样的推测,主要是之前也出现过几次卫星遥测失联的现象。有的卫星重启之后救了回来,而有的却永久失效了。中国“单粒子效应”损失最严重的一次,是我国1988年发射的第一个极地卫星——风云一号A星,在发射39天之后,由于单粒子翻转事件彻底失控,宣告失效。

根据“单粒子效应”的严重程度,可以分为单粒子翻转和单粒子锁定。单粒子翻转的粒子能量较低,尚未对处理器造成永久损伤,所以一般可以通过重启系统,再上电解决。这也是为玉兔二号的通讯故障的主要解决方案就是重启系统、切换备份(其实也没其他的方法),对于没有备份系统的通信卫星而言,只有重启这一条路可以走了。

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如果粒子强度超过一定的阈值,直接对处理器造成了固定的损伤,我们就将这种现象称为单粒子锁定。出现了单粒子锁定的处理器就没法通过重启解决了,如果没有备份系统,就可以直接宣告卫星的任务结束。

综合这次玉兔二号的故障表现和解决情况推测,可能是“鹊桥”中继卫星出现了一次不太严重的“单粒子翻转”故障。虽然最后解决了,但是也给大家提了一个醒,空间中的未知因素实在太多,目前的技术力下处理起来都困难异常。千万不能抱着侥幸的想法,毕竟像美国阿波罗计划的那种奇迹,是很难再发生一次的。

本文主要资料参考,北京航天飞行控制中心·《月背征途:中国探月国家队记录人类首次登录月球背面全过程》

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