工程师密切关注美国宇航局最老的火星轨道飞行器奥德赛的燃料供应 _美国

这幅插图描绘了美国宇航局的2001年火星奥德赛号轨道飞行器。任务团队在2021年的大部分时间里都在评估轨道飞行器上还剩多少推进剂，得出的结论是，它至少可以在2025年保持活跃。鸣谢:美国宇航局/JPL加州理工学院
据美国宇航局：测量Odyssey上的燃料供应不是一件容易的事情， Odyssey是一艘有几十年历史的航天器，没有燃料表。
自从大约22年前美国国家航空航天局发射2001火星奥德赛轨道飞行器到这颗红色星球以来，该航天器已经环绕火星94000多次。这大约相当于13.7亿英里(22.1亿公里)，这个距离需要对航天器的燃料供应进行极其小心的管理。鉴于奥德赛没有燃料表，这一壮举更加令人印象深刻；工程师们不得不依赖数学。
他们的工作帮助奥德赛建立了一个科学遗产:航天器绘制了火星表面的矿物图，让科学家们更好地了解这个星球的历史。奥德赛发现了可供未来宇航员使用的冰沉积物。它研究了可能伤害这些宇航员的辐射。它为即将到来的任务寻找潜在的着陆点。Odyssey也是一个小型轨道卫星星座之一，它将数据从美国宇航局的漫游者和着陆器传回地球(迄今约150千兆字节，还在继续) 。
但是去年，Odyssey看起来好像要耗尽汽油了:计算表明它的肼燃料比预期的低得多。

20多年来，美国宇航局的火星奥德赛轨道飞行器一直在研究火星表面。2006年，该任务的热发射成像系统仪器捕捉到这张沙丘在一个叫邦格陨石坑的地方爬行的图像。鸣谢:美国宇航局/JPL加州理工学院/亚利桑那州立大学
奥德赛在2001年发射时携带了将近500磅(225.3千克)的肼推进剂。因为没有燃料表，工程师们使用了各种方法来推断航天器在一段时间内消耗了多少肼。测量奥德赛燃料的一种方法是给飞船的两个推进剂罐加热，观察它们达到某一温度需要多长时间。就像茶壶一样，几乎空了的油箱会比满了的油箱升温更快。
事实上，这就是2021年夏天奥德赛号进行燃料估算时出现的情况。数学似乎表明，大约11磅(5公斤)的推进剂仍然可用——比任务的模型预测的要少。2022年1月的另一项估计表明，仅剩余6磅(2.8千克)肼。
如果数字准确的话，奥德赛将在不到一年的时间里耗尽资金。要么是飞船经历了某种故障，比如泄漏，要么是团队的测量出了问题。
接下来是几个月的测试和深入调查。在研究了“失踪”燃料的秘密后，任务工程师们对老化的航天器复杂的燃料系统在飞行中的表现有了新的了解。他们的结论是:轨道飞行器实际上应该有足够的能量至少持续到2025年底。
奥德赛如何使用肼
Odyssey不需要大量的联氨来度过任何一天。太阳能电池板为其系统提供动力，而三个战略性放置的反应轮帮助轨道飞行器将其科学仪器指向火星表面。当反作用轮在航天器总线或主体内旋转时，它们产生的扭矩导致奥德赛号向相反方向移动。
“这些反作用轮必须协同工作，以保持航天器的指向，”奥德赛的任务经理，美国宇航局在南加州的喷气推进实验室的贾里德·卡尔说。“但随着奥德赛完成每一个轨道的完整循环，你需要一种方法来卸载不断增加的动量。”
这就是奥德赛发挥作用的地方。宇宙飞船的推进器以小规模、有计划的爆发方式释放这种推进剂，以抵消反作用轮积聚的动量。
协力
因此，当团队的计算显示他们的推进剂供应低于预期时，JPL的工程师开始与洛克希德·马丁航天公司的工程师合作，洛克希德·马丁航天公司建造了奥德赛，维持任务运营，并提供航天器工程支持。
“首先，我们必须核实飞船是否正常，”奥德赛在JPL的项目经理约瑟夫·亨特说。“在排除了泄漏或我们燃烧的燃料比估计的多的可能性后，我们开始审视我们的测量过程。”
团队一致认为他们需要一些新的视角来评估形势。他们请来了鲍里斯·延德勒，一位专门研究航天器推进剂估算的外部顾问。
像所有的航天器一样，奥德赛依靠加热器来保持各种部件，包括燃料箱，在寒冷的太空中工作。Yendler想知道热量是否从飞船上的其他来源加入到推进剂中，使燃料测量变得复杂。经过大量的实验，研究小组证实了这一点:连接油箱的燃油管线上的加热器加热油箱的速度比预期的要快，这使得油箱看起来几乎是空的。
“我们的测量方法很好。问题是奥德赛号上的流体动力学比我们想象的要复杂得多。
在计算出有多少热量没有被计算在内后，研究小组得出结论，奥德赛号还剩下大约9磅(4公斤)的肼。这足以让任务再持续几年。虽然这个数字可能会随着团队的工作而改变，以完善测量并提高其准确性，但团队现在更容易休息，因为他们更好地了解了他们的航天器。
“这有点像我们的科学发现过程，”卡尔说。“你探索一个工程系统，却不知道会发现什么。而且看得越久，越发现自己没想到。”
Andrew GoodJet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
Karen Fox / Alana JohnsonNASA Headquarters, Washington