美国宇航局的冥王星任务是如何几近失败的

ON 2015年7月4日星期六下午，美国宇航局的新视野Pluto Mission Leader Alan Stern位于他的办事处，在他的手机响起的时候工作。他意识到独立日假期，但更专注于日期“冥王星飞行10天”的事实。新的地平线，这是他职业生涯中央焦点14年来的航天器任务，现在只有10天的目标遭遇，最遥远的星球探讨。

那天下午，艾伦沉浸在工作中，忙着为这次飞行做准备。他被用来操作小睡眠阶段的任务在这最后一个方法,但这一天他在半夜起床,进入他们的任务操作中心(MOC)上传的重要,大量的计算机指令集指导飞船通过其即将到来的飞越。这个“指令负荷”代表了近十年的工作，那天早上，它通过无线电传输以光速到达了新视野号，然后正在接近冥王星。

艾伦看了一眼电话铃，惊讶地发现来电者是格兰·方丹，他是“新视野号”的长期项目经理。他感到一阵寒意，因为他知道格伦正在他附近的家里度假，在即将到来的最后一次全力以赴的飞越之前。格伦为什么现在打电话来?

艾伦拿起电话。“格伦,有什么事吗?
“我们与飞船失去了联系。”
艾伦回答:“我们在文化部见。”五分钟后见。”艾伦挂了电话，在桌旁坐了几秒钟，惊呆了，难以置信地摇着头。任何航天器都不应该在无意中失去与地球的联系。“新视野号”在从地球到冥王星的整整九年飞行中从未发生过这种情况。现在离冥王星只有10天，怎么会发生这种事呢?

T在前往第九大行星的9年漫长旅程中，与新视野号的无线电连接是生命线，使其团队得以联系和控制新视野号，并从新视野号的观测中接收到航天器的状态和数据。随着“新视野号”继续向太阳系的外围延伸，与它通信的时间延迟也在增加，而且这种连接已经延长到现在的无线电信号往返9个小时，以光速传播。

失去通讯是任务控制团队所能经历的最糟糕的事情——这意味着与地球的联系中断了。

为了保持联系，“新视野号”和所有的远程航天器一样，依赖于一个很大程度上不为人知的行星探索奇迹:美国宇航局的深空网络(Deep Space Network)。这是位于加州戈德斯通的巨型无线电天线组合;马德里,西班牙;和澳大利亚的堪培拉，由于地球每24小时绕地轴旋转一次，彼此之间的通信任务无缝交接。这三个基站分布在世界各地，因此无论物体在深空的哪个位置，任何时候至少有一个天线群可以指向它的方向。

但是现在...... DSN与他们最宝贵的资产，新的视野失去了联系。

如果这是一个轨道飞行器，或者是一个安全地在外星表面的漫游者，团队可以花时间分析问题，提出建议，尝试不同的行动方案。但“新视野号”是一项飞越任务。宇宙飞船以每天75万英里的速度冲向冥王星——每小时超过3.1万英里。不管它是否能正常工作，它都会在7月14日飞过地球，永远不会回来。在新视野号解决这个问题的过程中，没有什么能阻止他们。在冥王星只有一次机会，新视野号没有后备，没有第二次机会，没有办法推迟它与冥王星的约会。

Earlier, 7月4日下午,爱丽丝鲍曼,使命的头脑冷静的和巨大的主管14年经验丰富的任务管理器(于是她的绰号:“妈妈”)是商务部与其他几个任务人员,等着看报告从“新视野”号回来收到指示和存储核心的负载。这是“新视野号”将遵循的长长的命令脚本，在近距离接近和飞越的9天内执行数百项科学观测。这个经过详尽测试的命令脚本名字恰如其分，它将真正执行任务的核心，它忠实的传输和执行将引导“新视野号”通过每一个曲折、每一个计算机内存分配、每一次与地球的通信、每一个镜头，等等。

下午1点左右，第一个信号开始返回，确认接收到命令脚本。艾丽斯:

一切都很顺利，直到下午1点55分。突然，我们与宇宙飞船失去了所有联系。死一般的沉寂。什么都没有。我们失去了联系，再也没有恢复。

十有八九，当我们失去信号时，是地面站出了问题:有什么东西没有配置，或者其他什么。因为这个上传是如此重要，我们的网络运营工程师在线。我们称它们为NOPEs，这是它们的缩写。我们还有冥王星ace，它们是在我们的操作中心的控制器。所以我们让冥王星ace请求澳大利亚地面站的NOPEs检查他们的系统配置。所有的检查结果都表明地面系统的一切都很正常。

这意味着这个问题在地球上不是在马里兰州的那里，在马里兰州，艾丽斯和她的冥王星Aces团队收集，也没有在澳大利亚，其中诺普斯在深度空间网络的堪培拉站接收来自新地平线的信号。信号丢失是由于航天器本身的问题。

失去通讯是任务控制团队所能经历的最糟糕的事情——这意味着与地球的联系中断了。但这不是最糟糕的。它可能意味着航天器遭受了灾难性的失败。爱丽丝感到了一个陌生的恐惧的涟漪：

你知道那种感觉吗?当某些事情发生时，你不相信它正在发生。我们已经在这条路上走了九年半，我简直不敢相信——我们从未失去过联系。你允许自己有5到10秒钟的恐惧和怀疑，但随后我们所训练的一切开始发挥作用。

“新视野号”距离冥王星仍有数百万英里，不知道它带来的任何危险。在星际空间中撞击任何物体的几率都低得离谱。但是，尽管如此，团队中的每个人都有一个噩梦般的想法:我们是否刚刚击中了什么东西?

B由于该团队在航天器静音之前已经对其进行了遥测，克里斯·赫斯曼(领导航天器工程团队)和他的工程师们也已经抵达，他们有了一些可以利用的线索。他们很快发现的一个关键问题是，就在航天器信号停止之前，主计算机一直在同时做两件事，这两件事都需要计算。其中一项任务是压缩之前拍摄的63张冥王星图像，以便为即将开始的近距离飞越成像腾出内存空间。与此同时，计算机也从地球接收核心载荷并将其存储在内存中。计算机会不会因为这些密集的计算任务组合而超载，并因此重启?

新的视野没有备份，没有第二次机会，没有办法推迟与冥王星的日期。

这是Brian Bauer的理论。Brian然后是特派团的自治系统工程师，他们已经编写了恢复程序，即宇宙飞船在这种情况下自动经历。Brian告诉Alice，“如果这是发生的事情，那么航天器将重新开始使用备份计算机，60到90分钟开始，我们将获得一个带有新的视野在备份计算机上运行的无线电信号。”

第一次世界大战中有一句话把战争描述为“被恐怖时刻打断的几个月的无聊”。这同样适用于长时间的航天器任务。在等待新视野号发回的信号时，他们度过了漫长而可怕的一个小时。工程师们，a，还有爱丽丝、格伦和艾伦等着这漫长的几分钟，制定应急计划，以防布莱恩的假设是错误的。但果然，90分钟后，新视野号发来的信号表明它已切换到备用计算机。

通讯已经恢复，对飞船灾难性损失的恐惧也随之烟消云散。但危机并没有结束;它刚刚进入了一个新的阶段。

TMOC及其周围的办公室很快就挤满了工程师、更多的飞行控制团队成员，以及其他缩短了假期周末的项目人员。人们穿着短裤和人字拖，穿着野餐服，把所有的东西都扔向MOC。

随着更多的遥测数据返回，他们了解到，当飞船重新启动备份计算机时，所有上传到主计算机上的飞越命令文件都被删除了。这意味着，当天上午发送的核心飞越序列必须重新装载。但更糟糕的是，运行Core序列所需的大量支持文件(其中一些早在去年12月就已加载)也需要再次发送。爱丽丝回忆道:“我们以前从未从这种异常中恢复过来。问题是，我们能否及时开始原定于7月7日开始的飞越序列?”

这意味着这个团队只有三天的时间把Humpty Dumpty从30亿英里外重新组装起来。如果他们做不到，那么每过一天，他们就会失去几十个独特的、近距离的冥王星系统观测，这些观测是精心构建的核心负载飞越计划的一部分。任务小组突然发现自己陷入了一场为期三天的竞赛，要挽救他们花了数年计划和数月上传的一切。

在任何航天器异常后，新的地平线进程在任何往常的正式会议上塑造了一个名为ARB的一系列正式会议，或异常审查委员会。4下午4点后，航天器重新联系只有45分钟，7月4日异常的第一个ARB在与MOC相邻的会议室召开。

在ARB的启动会议上，团队成员必须评估发生了什么，如何恢复飞越计划，以及如何确保在恢复过程中不会意外地做任何会给航天器带来另一个问题的事情。重启备用计算机使他们倒退了如此之多，令人震惊。人们很快估计，他们必须在短短三天内完成相当于数周的工作，才能在7月7日准时开始飞越核心序列。这一切都必须做到完美无缺。

更糟糕的是，每一个动作都必须通过遥控完成，任务控制中心和航天器之间有9个小时的往返无线电通信时间。科学课程教人们光速是如何惊人的快，一个以这种速度移动的信号是如何在八分之一秒内绕地球一圈，或者在两秒半内到达月球并返回地球的——50万英里的旅程。但是，对于正在接近冥王星的“新视野号”团队来说，地球和“新视野号”之间的巨大距离使得光速看起来极其缓慢。

T为ARB组装的水管知道，随着媒体的关注，世界很快就会意识到，新视野号在飞越的边缘被自己绊倒了。在短短10天内，宇宙飞船将穿越冥王星系统- - -没有什么能阻止它的天体力学- - -但它是否会收集它旅行了近10年收集的数据，则是另一回事。

艾伦和格伦开了会议，告诉arb，他们没有比新的视野所知道的更精细的航天器团队，如果任何团队都可以拉出这种复苏，那就是那个房间里的小组。然后爱丽丝拿了地板，开始架构他们如何影响康复。

爱丽丝立即要求艾伦关于那天丢失的科学观察，在未来三天之前，在紧密的飞行序列开始于7月7日开始。她想知道，如果她的团队也应该试图恢复这些领导者除了重新配置航天器并将所有文件和命令加载到鸟类的重新配置，除了重新配置的鸟类之外的观察。艾伦：

我没有要求房间里的其他科学团队成员对此进行讨论。我甚至没有让我的飞行规划沙皇莱斯利参与。我知道爱丽丝的团队需要清晰的方向，没有模糊，他们需要专注于拯救主要事件，而不是由于飞船重启而闲置，我们失去的初步观察结果。我告诉爱丽丝，除了让我们回到正轨、按时启动近距离飞越之外，任何事情都会分散我们的注意力。”

说完，爱丽丝收到了驱逐令。她现在唯一的任务就是保住核心地带的飞掠序列;其他一切都是可以牺牲的。但能及时完成吗?

一个虱子和她的团队迅速但有条不紊地设计了一个恢复计划。在接下来的三天,他们必须设计和建造所有的命令程序的飞船回到它的主要电脑,然后重新发送所有失去了指挥和支持文件调入内存,和他们必须测试所有的NHOPS(新视野号操作模拟器)在采取任何行动之前,为了确保每一步在第一次尝试时都能成功，没有重复的余地。他们知道飞越核心序列什么时候需要启动，也就是7月7日中午。因此，爱丽丝的团队把到那时为止可用的总时间分成了九个小时的往返光时间——这是将每一组程序发送到航天器上运行，并接收到它已经成功执行的确认所需要的时间。算上所有必须在地面上完成的其他工作，他们发现在7月7日中午进行核心负荷之前，只有三次通信周期的时间。

没有发生这种范围或诸如高赌注的问题。

因此，复苏将分为三个步骤。首先，该小组将命令航天器恢复正常通信，而不是紧急通信。这将使通信比特率提高100倍，使其余的恢复工作能够及时完成。他们估计，单是第一步，就需要大约半天的时间来编码、测试、发送到“新视野号”，并得到它成功的确认。蜱虫,超越。

接下来，该团队将命令宇宙飞船重新启动到其主要计算机上。这是需要的，以便使用Flyby命令负载作为编码。从备份到Prime计算机的重启从未在飞行中完成。因此，必须为此设计和编码程序，并在NHOPS上进行测试，然后必须在该程序发送到新的视野之前进行测试结果。最后，该团队必须有条不紊地恢复所有核心飞蝇文件并与飞行时间表进行啮合。这是在这个计划被架构的时候距离午夜，并且没有时间备用：由于下午的联系失去了10个小时已经下跌了10个小时。蜱虫,超越。

Alice的使命运营团队与Chris Hersman的航天器系统团队密切合作，写过，测试，然后在重新建立了Spacecraft Comm后的第一套命令大约12小时内，在7月5日凌​​晨3:15。

九个小时后，第五天中午，MOC收到了确认正常通信已恢复！但是一天过去了，新的地平线已经在冥王星朝着它的命运迈出了几百万英里。恢复步骤1完成，但现在只有两天仍然留在核心飞鹅所需的核心。蜱虫,超越。

T“新视野号”团队组织了他们的工作和生活，在接下来的几天里，他们与宇宙飞船之间大约有9个小时的通信周期。他们睡得很少，肾上腺素分泌很多。他们在一起工作了十多年，之前也遇到过飞船上的问题，但从未发生过如此大规模或如此危险的问题。它要求在任务控制中心24小时运转，团队完成了任务。

Glen回忆，“团队只是做了他们需要做的事情。我开始寻找人们睡觉的地方，试图找到比他们的办公楼更舒服的东西。“和爱丽丝记得，“我们发现婴儿床，毯子和枕头，有人带来了一个空气床垫。没有足够的，所以我们分享了。“艾伦：

你真该看看。没有任何抱怨，人们日夜工作，连换衣服、睡觉或洗澡的地方都没有，有些人甚至连续工作了四天。有些人在桌子上睡觉。有些人每天只睡两三个小时。没有时间去餐馆吃饭。我们带人来只是为了找外卖，让团队吃饱。

为了确保恢复的每一步和每一步都按预期工作，每个恢复程序都必须在NHOPS上进行测试。因为NHOPS如此忠实地模拟了航天器，所以它可以用来用来解决错误并证明将发送到新的视野本身的指令将是无错误的。

事实证明，在恢复期间，前面的决定被证明是救生人员。艾伦已经变得如此担心，该团队没有完全完全备份到NHOPS，第二个是建造的。嗯，在7月4日的周末，没有足够的时间来测试仅使用单个NHOPS恢复所需的所有新的命令负载。所以他们加倍，使用第二个NHOPS来适应更多的测试运行。没有没有NHOPS-2，恢复将更长时间时间，而且整个冥王星的整个斯巴斯将永远失去。

使用在NHOPS-1和NHOPS-2上测试的程序，中间步骤在安全模式下采取新的视野并将其重新返回主要飞行计算机成功，并由航天器于7月6日发送的遥测确认。

接下来，宇宙飞船必须像在7月4日尝试上传飞行脚本之前一样配置，然后作为最后一步，必须再次发送核心负载，并将其全部送回当异常重新启动主计算机时，数十个关联的支持文件已丢失。这些步骤和所有NHOPS测试，包括许多异常审查委员会会议，以计划和证明每一步，在第六次逐步完成。

但不知何故，到7月7日晚上，所有恢复工作都完成了。疲惫不堪，团队已经设法让航天器回到轨道上，准备去飞行。在携带核心载荷之前，他们只需四个小时就完成了它的备用。

W科学遗失是因为7月4日的异常和返工?为了拯救“新视野号”，爱丽丝和她的团队确实遵循了图灵的指示，“不惜一切代价”拯救了核心区的飞掠。所以最后他们销毁了所有在异常恢复的三天里会发生的观测结果，因为根本没有办法重新计划它们也没有办法让飞船脱离安全模式并准备好准时开始近距离飞越。

但爱丽丝的团队确实保存了异常发生时正在压缩的63张图像。这些图像必须被压缩以适应存储，因为更大的原始图像必须被删除，以便为flyby数据腾出更多的内存空间。在恢复行动中，爱丽丝的团队在航天器操作时间轴上发现了一个打开的窗口，并设法重新安排压缩时间，保存了这63张珍贵的图像中的每一张。

在7月4日周末恢复航天器期间腐烂的所有方法观察怎么样？Alan分配了Flyby Planning Czar Leslie年轻的任务是形成虎队来分析这一点。莱斯利和她的部队在航天器恢复的三天内工作，看看每一个失去的观察和对整体科学回归的影响。他们发现每个人都有一个以后的分辨率或更接近范围的观察，这意味着没有目标已经丢失 - 除了一个案例。这是在7月5日和6日计划举行的冥王星周围的卫星搜索，当时新的视野还足够远，在用图像覆盖冥王星周围的空间。该序列将在发生异常发生前的几天内进行的多次搜索的次数。当所有卫星搜索图像后来被新的视野科学团队仔细挑行时，没有发现任何新的卫星。这让很多人在科学团队中惊讶，因为每次哈勃太空望远镜看起来更难，它都找到了更多的卫星。新的视野会发现垃圾垃圾，最终，更好地搜索？没有人知道，或者会知道，直到一些未来的冥王星特派团到达，再次搜索。

艾伦·斯特恩(Alan Stern)是新视野号任务的首席研究员，领导美国宇航局(NASA)对冥王星系统和柯伊伯带的探索。作为一名行星科学家、太空计划执行人员、航空航天顾问和作家，他参与了二十多个科学太空任务。

David Grinspoon是一名奖品，获奖科学传播者和获奖作者。他以前的书籍包括地球在人类的手中，他的作品出现在《纽约时报》《石板》《科学美国人》和别的。

摘自追逐新视野:探索冥王星的首次史诗任务艾伦·斯特恩(Alan Stern)和大卫·格林斯彭(David Grinspoon)著。Picador于2018年5月1日出版。版权所有©2018艾伦·斯特恩和大卫·格林斯彭。保留所有权利。