25 年来，钱德拉望远镜彰显 NASA 工程创新的遗产

美国宇航局热能分析师乔迪·特克说：“航天工程的艺术在于洞察周围的角落。”以美国宇航局的钱德拉 X 射线天文台为例，今年是其进入太空 25 周年，其中一些角落被证实距离地球有 8 万英里远，并且是未来 25 年的事情。

Turk 是美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心一支由工程师、设计师、测试技术人员和分析师组成的专业团队的一员。他们与美国宇航局内外的合作伙伴（包括位于马萨诸塞州伯灵顿的钱德拉操作控制中心）一起，使航天器保持飞行状态，使钱德拉能够继续研究黑洞、超新星、暗物质等，并加深我们对宇宙起源和演化的理解。

“过去 25 年来，钱德拉向我们展示的一切——星系和超级星团的形成、超大质量黑洞的行为和演化、暗物质和引力波事件的证据、宜居系外行星的可行性——都令人着迷，”美国宇航局退休天体物理学家马丁·魏斯科普夫 (Martin Weisskopf) 说，他从 20 世纪 70 年代末开始在马歇尔领导钱德拉的科学开发。“钱德拉为天体物理学打开了新的窗口，这是我们在发射前的几年里几乎无法想象的。”

在由马歇尔管理和领导的合同团队进行了广泛的开发和测试后，钱德拉于 1999 年 7 月 23 日搭乘哥伦比亚号航天飞机升空。从那时起，马歇尔就继续为 NASA 管理该项目。

“1999 年的技术有多少今天仍在使用？”钱德拉研究员道格拉斯·斯沃茨说。“我们不再使用那个时代的相机设备、电脑或手机。但有一项技术成功——钱德拉——仍然很强大，它仍然能够读取 12 英里外的停车标志。”

这种持久的价值并非偶然。在早期概念开发过程中，钱德拉（在发射前被称为先进 X 射线天体物理设施）计划像 NASA 的哈勃太空望远镜一样，运行 15 年，并由到访的宇航员定期进行升级。

但在 20 世纪 90 年代初，当 NASA 制定建造轨道国际空间站的计划时，新 X 射线天文台的预算被修改了。一条新的椭圆轨道将把钱德拉送往离月球三分之一的路程，也就是在远地点距离地球约 80,000 英里。这意味着任务寿命更短——五年——而且不需要定期维护。

马歇尔的工程设计团队、承包商和史密森天体物理天文台的任务支持团队修改了计划，将对钱德拉科学的影响降到最低。通过这样做，他们使一项长期科学任务取得了巨大成功，它引起了全国人民的关注，并促使 NASA 将其持续时间延长至最初的五年期之后。

“有很多令人兴奋的事情和很多挑战——但我们面对并克服了它们，”1988 年加入钱德拉开发工作的马歇尔项目工程师戴维·胡德 (David Hood) 说。

“高能 X 射线天文学领域仍然相对年轻，这不仅仅是建造一个革命性的天文台的问题，” Weisskopf说道。“首先，我们必须制造测试、分析和改进硬件所需的工具。”

马歇尔改造并扩建了其 X 射线校准设施（现称为X 射线和低温设施），以校准钱德拉的仪器并对敏感硬件进行类似太空的环境测试。多年后，这项工作为马歇尔测试 NASA 詹姆斯·韦伯太空望远镜的先进镜面光学器件铺平了道路。

“马歇尔在长期卓越设计以及延长使用寿命方面有着良好的记录，”特克说。“我们的任务往往比结束日期还要长。”

钱德拉就是一个例子。为了提高效率，该团队已经将钱德拉的一些操作自动化。他们还密切监测航天器的关键部件，例如其热保护系统，由于太空环境的恶劣影响，该系统随着时间的推移已经如预期的那样退化。

“钱德拉仍然是一台主力机，但需要更温和地操作，”特克说。该团队通过精心建模和跟踪钱德拉在轨道上的位置和行为，并密切关注辐射、动量变化和其他障碍来应对这一挑战。他们还采用了创造性的方法，以新的方式利用航天器上传感器的数据。

代理项目经理安德鲁·施内尔 (Andrew Schnell) 是马歇尔太空望远镜钱德拉团队的负责人，他说，由于任务时间较长，该航天器现在由特克等众多“第三代工程师”负责监督。他说，他们和 25 年前帮助钱德拉发射升空的资深工程师一样敬业、干劲十足。

特克说，这项工作还提供了独一无二的教学机会。“钱德拉故障排除教会了我们如何为一切问题（从传感器读数中断到热电偶老化）寻找替代解决方案，帮助我们更准确地诊断其他飞行硬件的问题，并为未来任务的设计和规划提供参考，”她说。

胡德表示，知识渊博、训练有素的工程师和科学家是高效团队的基础，这一点对于钱德拉的成功至关重要，因此该项目负责人和支持工程师在题为“我们在设计和建造钱德拉望远镜过程中学到的经验教训”的论文中记录了这一经验。

“前项目经理弗雷德·沃伊塔利克说得最好：‘团队取胜’，”胡德说。“任何团队中最重要的人都是尽其所能、满怀热情和自豪地完成工作的人。这就是为什么我相信钱德拉的未来仍将充满希望。因为这个基础从未改变。”

随着钱德拉航空迎来二十五周年纪念日，地面团队已做好准备迎接接下来的新挑战。