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太阳轨道器发射

发射太阳轨道器

十多年来,一个U-M团队帮助开发了太阳轨道飞行器上的科学有效载荷。在发布之夜加入他们。

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2020年2月9日晚,一个国际合作者家庭穿过肯尼迪航天中心的安全入口。公交车通过限制区域将急切的乘客送到特殊的观景地点。远处,舞台设在41号航天发射场。观众焦急地期待着倒计时钟和它引发的轰鸣场面。

对于同事苏·莱普利(Sue Lepri)和吉姆·雷恩斯(Jim Raines)来说,这一刻已经酝酿了13年。气候与空间科学与工程教授莱普利说:“从事一个项目需要很长时间,而不仅仅是一个太阳周期,所以来到这里真是太棒了——真的让我大吃一惊。”。

等待在联合发射联盟阿特拉斯V火箭顶上的发射台上的是太阳轨道器(SolO),这是一颗配备了一套前所未有的太阳研究技术的卫星。其仪器之一是一个关键传感器,用于分析太阳风中重离子的组成。Lepri和Raines一直在领导其开发,并负责分析其旅途中收集的科学资料。

对于莱普利博士候选人莎拉·斯皮策(Sarah Spitzer)来说,这一刻是情绪的高潮。斯皮策说:“事实上,我没有意识到与我的同事和顾问在一起对我来说有多重要。”。“当我还是个孩子的时候,能在一个如此令人敬畏的地方呆着真是太棒了。想想我现在不是游客,我是促成这一切的科学家之一。”

一系列的延迟加剧了对此次发射的预期。“我们本应在2017年推出,但出现了一些问题,所以推迟到2018年,然后是2019年——现在我们已经到了,”莱普利说。“然而,即使是今晚的推出窗口也很难实现。原定于2月5日举行,但在达到目前微妙的地位的过程中,它已经两次下滑。对于球队来说,他们的梦想、抱负和旅行计划都取决于今晚的运气。

对苏和她的家人来说,这是一天的争执。Lepri解释道:“我不久前预订了我的旅行计划,当时计划于2月5日启动。我今天不得不打电话更改航班,当时我正坐在酒店大堂里,查看是否有房间。孩子们当时睡在大堂里。真是疯了。”

密歇根州立大学气候与空间科学与工程系副研究科学家雷恩斯承认:“我最期待的是它能安全发射,这是事实。”。“我有充分的理由相信这会发生,但我认为我们中的一些人只是稍微屏住呼吸,确保它发生。”

直视太阳

不确定性是太空发射中令人痛苦的一部分,但2020年无疑将迎来一个阳光科学的崭新时代。一队宇宙飞船已经在那里观测太阳了。“它们中有几个位于太阳和地球之间称为L1的引力平衡点,即第一个拉格朗日点,”Lepri解释道,“然后我们在地球附近有很多仪器,用来测量太阳风对地球磁层的影响。太阳轨道器和帕克太阳探测器确实提供了我们对太阳的最接近的视图。”

美国国家航空航天局的帕克太阳探测器于2018年发射升空,也携带了地质学硕士的专业知识。勒普利的同事贾斯汀·卡斯珀(Justin Kasper)是地质学博士的气候和空间科学与工程教授,也是帕克任务的主要研究人员,该任务测量太阳风的极端接近度。2019年末,帕克在太阳日冕内部的历史观测首次发布数据,以出乎意料的结果和流氓等离子体波的描述震惊了太阳科学界。

SolO是一项单独但互补的任务,由欧洲航天局(ESA)领导,并与美国国家航空航天局(NASA)密切合作。索洛较大的身躯(大约相当于雪佛兰塔霍轿车的大小)内装有10种主要仪器,其中一种由勒普利担任副首席调查员。帕克(想想雪佛兰马里布)有四套乐器。它的轨道需要轻很多才能接近太阳。此外,由于酷热,帕克无法携带同类硬件。例如,与SolO不同,Parker没有直接观察太阳的相机。技术还无法在近距离拍摄的太阳直射下幸存下来。

在帕克收集零地样本的地方,SolO又回到了更远的地方,它能够使用相机和其他机载传感器将太阳风样本定位到它们起源于太阳的地方。在关键时刻,两颗卫星的轨道对齐,以便在下游不同点对相同的太阳风阵风进行测量。

特别令人兴奋的是,SolO将提供对太阳神秘两极的新观测。更好地理解影响太阳周期和空间天气的磁极翻转是一项关键任务目标。

“假设我有一支蜡烛,我把它吹灭了,然后烟灰就飘了出来,”勒普利解释道。“当你离蜡烛越来越远时,烟灰就开始消散,你真的不知道它在哪里了。这就是太阳吹灭太阳风时发生的事——它扩散开来,开始变得浑浊。”

帕克和索洛的标签团队方法分析太阳风的目的是更好地预测太空“烟尘”何时会构成威胁。很多我们认为理所当然的事情,比如我们使用手机、用电、GPS导航的能力——所有这些实际上都取决于我们对地球周围空间环境的理解。

斯皮策说:“我们生活在地球上……在太空中。”。“这里的一切,这个星球上的生命,都受到近太空环境的影响。如果你住在海洋中央的一个小岛上,你可能想了解一些海洋的情况。你可能想知道是否有海啸或飓风,或其他可能影响你生活的环境因素。”

随着人类在太空中花费更多时间,我们预测太空天气的能力也很重要。

雷恩斯说:“我的意思是,例如,把人类送上火星的想法,阻碍我们前进的一个重要因素是我们无法预测太空天气环境。”。“太空天气的某些方面是这些高能粒子,除非其厚度很大,否则基本上可以穿透金属屏蔽层,以与x射线相同的方式对人体造成伤害。”

意外重聚

多年来,许多密歇根大学气候与空间学院的学生和教员为SolO的重离子传感器的开发做出了贡献。莱普利和雷恩斯一直在那里——早在2007年就帮助设计了最初的提案。当时,他们的顾问是托马斯·祖布钦(Thomas Zurbuchen),现任美国国家航空航天局(NASA)科学任务理事会副局长。尽管负责NASA的一系列其他项目,U-M团队和SolO仍与他心心相印——在发射日,他碰巧就在附近。

Zurbuchen计划以美国国家航空航天局的官方身份参加此次发射,他得以与以前的学生建立联系。早上的一段文字包括了沿着可可海滩主干道的邓肯甜甜圈的地址。这三个朋友在佛罗里达州的初阳下喝了一杯咖啡。

三个人围着桌子吃东西。
2020年2月9日上午,苏·莱普利(Sue Lepri)和吉姆·雷恩斯(Jim Raines)与他们的前顾问托马斯·祖布钦(Thomas Zurbuchen)在佛罗里达州可可海滩(Cocoa Beach)喝咖啡。照片:密歇根州工程、通信与营销部的罗伯特·科利厄斯(Robert Coelius)

“我真的为这支球队感到骄傲,”苏布钦回忆道。“我们是一支非常强大的团队,因为我们来自水星信使号。我们相互了解,但我们的思维方式不同,我们的工作方式也不同。我们非常努力地让其他方面的多样性发挥作用,这使团队变得更好。我每天都在NASA使用这一点,就像我在密歇根州学习到的那样f个项目–Messenger和此项目的活动。”

除了讨论团队动态,他们还讨论了重离子传感器。“我的期望是,由于其测量的新颖性,该仪器将多次出现在新闻中,”苏布钦说。“这一个真的很不同。可能有三到四个(在SolO上)具有全新的属性,这一个就是其中之一。”

准备启动

回到肯尼迪,发射的一切看起来都很清楚,气氛也很明显。

“在整个任务中,我们被一个超越密歇根州的伟大团队所包围:新罕布什尔大学、我们在圣安东尼奥西南研究所的同事和我们的欧洲同事。”莱普利说。“这更像是一个家庭,而不是一个团队。我们都在这里——我们带着家人,一起享受这一切。能和我的老导师和莎拉在一起真是太棒了。这是一次我作为研究生会被吓到的经历。”

在最后一次任务简报后,倒计时钟接近最后几分钟。苏布钦、莱普利和雷恩斯在作战支持大楼II的阳台上找到了彼此,这次是与斯皮策。两代顾问和他们的学生站在一起,准备分享令人难以置信的观点和成就。“我们可以发射了”,一个声音通过PA系统发出命令。查看她的智能手表,“我的心率是多少,我的心率又是多少,”莱普利重复道。“记住呼吸,”她提醒自己。

一道亮光射入夜空,留下一缕烟雾。
2020年2月9日,当U-M CLASP团队在肯尼迪航天中心的操作支持大楼II观看时,太阳轨道器升空。照片:密歇根州工程、通信与营销部Ben Logan

当时钟达到10时,仿佛是不由自主地发出命令,每个声音都开始倒计时。三个。二。一个。火箭点火在半径4英里的范围内翻转了一个黎明般的开关,照亮了U-M团队的热情表情。随着声波的传播,掌声和欢呼声很快被淹没。悬浮的地狱和噼啪的咆哮有一种强烈的美。爬上晴朗的夜空,欢呼声放松成敬畏。时间变慢了。在没有云层阻挡上升的情况下,火箭的全过程清晰可见:俯仰机动,节流至最大Q(最大动态压力),助推器抛掷。

除了苏布钦,所有人的目光都盯着正在褪色的火箭。他转过身去看了一会儿他以前学生的脸。

“真是难以置信,”勒普利屏住呼吸说道。“这太神奇了,我找不到形容它的词语。这不像我们做了20个。有一个,最好是在上面工作。太可怕了。”

队伍在阳台上徘徊,直到最后一个闪光消失。在里面,科学家们分享了庆祝的香槟祝酒词。

当索洛走向太阳时,将会有更多的喜悦、恐惧和合作。现在这是一项太空任务。在接下来的几周里,每个仪器将轮流上线。数据将开始涌入——预计2020年9月将发布第一批公共数据。

每一次重力辅助和发现浪潮都将为U-M团队和全球SolO家族带来蝴蝶。发布只是一个开始。

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本·洛根

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