“安全模式”如何保护哈勃和 TESS 等太空望远镜

熊和太空望远镜可能有什么共同点？上个月，哈勃太空望远镜和凌日系外行星勘测卫星（TESS）都进入了某种休眠状态。当面临某种威胁时，这些望远镜会关闭所有非必要系统，只采取最低限度的措施来维持自身运转，并尽可能防止进一步损坏——就像熊如何度过漫长的冬天一样。

对于望远镜来说，它们的休眠状态被称为“安全模式”。然而，望远镜并没有天生的自我保护本能，而是由设计它们的工程师写入代码中的进入安全模式的程序。

安全模式“几乎就是字面意思”，德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家 Sam Factor 解释道。“当望远镜遇到无法自动恢复的问题时，它会关闭所有非必要系统，以保证精密科学仪器的安全。”这包括将太阳能电池板指向太阳以确保稳定的能量供应，并将其天线指向地球以确保它能够收到下一步行动的指令。

安全模式“是一种可以让望远镜保持运行的状态，希望在等待地面控制人员评估和解决问题期间不会让情况变得更糟”，Factor 补充道。“想象一下你在冬天度假时离开家的情形。所有的灯都关了，你的电脑也关了，但你的暖气仍然开着，但处于最低水平，以防止管道结冰，冰箱仍然在运行。当你回到家时，一切都应该准备就绪。”

很多情况都会导致望远镜进入安全模式。有时传感器损坏，产生奇怪的读数，看起来像是望远镜出现故障，但实际上除了那个传感器之外一切都很好。其他时候，硬件组件确实磨损和损坏，或者软件遇到意外错误。

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有些问题在太空中尤为突出。例如，“在恶劣的太空环境中，一种名为宇宙射线的高能粒子可能会击中并翻转存储芯片上的某个位，需要重置才能恢复功能，”NASA 戈达德通信官克莱尔·安德烈奥利 (Claire Andreoli) 说。如果预报有强烈的太空天气，望远镜的运营团队甚至可能会故意将其置于安全模式，以保护精密的电子设备，使其免受太阳风暴的侵袭。

安德烈奥利补充道：“每艘航天器都经过编程以应对这种情况。”

每架 NASA 航天器在地面上都有一支专门的团队负责其运行。当望远镜进入安全模式时，其团队必须从望远镜的机载传感器和计算机中收集所有可能的信息，以确定真正的问题所在。至于修理望远镜，所有维修都必须远程进行——有些望远镜，如詹姆斯·韦伯太空望远镜，距离宇航员太远，无法维修，而其他望远镜，如哈勃望远镜，在航天飞机计划结束后多年都没有维修过。这意味着科学家必须在软件解决方案方面发挥创造力，无论是消除代码中的错误还是引入新的代码来解决硬件故障。

通常，安全模式事故只是望远镜寿命的一部分——谁不需要在健康恐慌后时不时去看医生以确保它正常工作呢？——但这些事故仍然经常让天文学家感到紧张。此外，在安全模式下花费的任何时间都意味着浪费了进行科学研究的时间。太空望远镜的观测是提前数月安排的，因此操作中断会打乱精心计划的时间表。

“任何原本要观测的事物都会被推迟到以后，” Factor 解释道。通常这意味着计划中的观测仍将按计划进行，只是会有所延迟，但“如果修复望远镜需要很长时间，那么就意味着观测会丢失，例如，如果你的目标是时间敏感的，或者位于天空中因太阳位置而无法再观测的区域，”他补充道。

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哈勃和 TESS 都于 4 月 23 日进入安全模式，目前已从健康恐慌中恢复过来。

哈勃望远镜的事故是由于其中一个陀螺仪出现问题，陀螺仪是望远镜正确瞄准天文目标所必需的。这并不是第一艘处理老化陀螺仪的航天器；寻找行星的开普勒太空望远镜在 2013 年就曾遭遇过陀螺仪故障，哈勃团队多年来一直意识到这种故障的可能性——事实上，他们非常清楚，早在 2009 年的最后一次维修任务中，宇航员就在哈勃望远镜上安装了六个新陀螺仪，以避免出现问题。截至 4 月 30 日，其中三个陀螺仪目前可以正常工作，包括导致最近安全模式事件的陀螺仪（以及 2023 年 11 月的类似事件）。值得庆幸的是，如果这个有问题的陀螺仪再次出现故障，NASA 有一个计划，让哈勃望远镜只使用三个部件中的一个就可以正常工作。

TESS 也是这种挑剔硬件的受害者。4 月 8 日，TESS 的一个反作用轮（一种陀螺仪）在一次失败的重启后出现故障。该问题已得到解决，5 月 3 日恢复运行，但团队仍在试图找出 4 月 8 日第一次安全模式事件的原因。

让航天器在远处保持正常运行是一项重大挑战，但安全模式为任务团队提供了一些时间来找出问题所在，以免发生更多损害——例如，熊待在温暖的洞穴中，而不是冲进暴风雪中，或者在注意到新的疼痛时立即去看医生，而不是等到需要急诊室。当然，当出现问题时总是有点紧张，但至少目前哈勃和 TESS 都是安全的、健康的，并准备好进行更多的科学研究。