如何修复距地球数亿公里的飞船

    姿态控制在轨道上有着极为重要的作用，可以保证太阳能电池板朝向太阳，如果是行星际空间飞行，姿态控制可以保持通讯天线指向地球。美国宇航局已经与SpaceX公司签订了价值16亿美元的合同，使用“龙”式飞船至少执行12次轨道飞行，为空间站带去补给物资，发生故障后，SpaceX公司的工程师需要在数个小时内找到解决问题的办法，否则飞船可能失去电力供应。根据工程师分析，故障可能是燃料储箱与气态氦之间的阀门没有打开，这个阀门的作用是进行加压点火，传感器的数据显示出现故障的姿控发动机压力出现异常。

    虽然故障在五个小时内被解决，但是原定的对接时间被错过，SpaceX公司的创始人埃隆•马斯克认为这个问题将会反馈给阀门的供应商，需要进行微小的调整。空间飞行器如果发生故障，并且无法通过自身故障排除机制解决，那么很可能会出现报废，在1973年进行的水手10号任务中，这艘美国宇航局研制的飞船在飞掠金星和水星时出现过故障，短路导致了通讯、电源以及相机预热设备出现问题，最令人担忧的是，推进器气体出现大量损失。

发射于1977年的旅行者系列探测器在长达35年的飞行过程中，遇到各种难题，科学家尽力解决看似不可能完成的“维修”问题

勇气号和机遇号在火星表面遭遇过重大安全问题，但多次被地面控制站的科学家化解，这得益于美国宇航局拥有丰富探测器故障排除经验

    20世纪90年代，美国宇航局向木星发射伽利略探测器，其主天线为高增益天线，外形像一把巨大的伞，但是发射后未能正常打开，这是探测器与地球通讯的主要途径，故障直接导致了探测器传输图像的速度明显降低。此后，探测器的磁带记录器也发生故障，这个问题使得科学家中止了伽利略探测器探访木卫一的计划。美国宇航局和欧洲空间局联合打造的太阳和日光层天文台（SOHO）也出现了陀螺仪故障，该任务的目的旨在监视太阳，地面控制站将探测器调为紧急模式。

    欧空局的SOHO科学团队科学家伯恩哈德•弗莱克认为探测器的故障修复很困难，由于SOHO太阳观测卫星在三个月的危机中幸存下来，后续的观测任务得以保持，探测器设计寿命为两年。SOHO探测器的故障修复经验得益于1989年发射的通讯卫星，它在1991年出现的故障，1992年才被工程师修复。在1993年，英仙座流星雨导致这颗通讯卫星再次出现故障，这些故障的排除为工程师提供了解决方案。

无独有偶，美国宇航局吸取先驱者系列探测器的经验，在1977年发射了旅行者1号和旅行者2号行星际探测器，工程师特别“加固”了探测器的辐射屏蔽系统，根据先驱者10号的飞行记录，科学家发现木星的辐射场远高出预想，通过9个多月的重新设计，使得探测器可抵抗木星强大的辐射场。目前这两艘行星际探测器已经飞抵太阳系的边缘，还在向地球传回数据，这一过程已经持续了35年之久，而且还有更多的突破性发现。按照最初的计划，这两艘探测器探索计划是木星和土星，工程师为探测器准备了备份仪器，如果发生故障还有第二套仪器接替。

    当旅行者2号的任务被扩大至对天王星和海王星进行探索时，科学家们需要找到一个新的途径来解决空间数据的传输问题，如此远的空间距离导致图像传输速度变得非常缓慢，探索天王星时数据传输速度为9kbps，而海王星任务时传输速度仅为3kbps，后来科学家使用压缩算法将初始图像的大小压缩，提高数据传输的同时，也纠正了乱码的出现。工程师还重新调整了状态控制系统，使探测器在飞掠天王星时可以拍摄到较为清晰的图像，在不同的环境中对探测器进行升级调整。

    2004年，美国宇航局发射了两辆当时最先进的火星车：勇气号和机遇号，原本90天的任务期被延长至8个月，随后的几年内，两辆火星车本别朝不同的方向前进，寻找火星上曾经存在液态水的证据。2006年和2008年，火星车经历了变速箱以及左前轮的故障，使得火星车的灵活性降低，但是火星车的控制专家斯科特•麦克斯韦设计了一个窍门的方法通过顺时针和逆时针旋转相机桅杆进行自身调整。目前，机遇号已经在火星表面行驶超过35公里，探索任务进入了第九个年头。

    2012年8月，好奇号火星车加入了探索火星生命的队伍，其设计寿命为700天，但携带核动力的好奇号也将延长任务期限，好奇号体积为一辆小型车的大小，拥有更大的轮子，可更好地越过障碍物，其配了17台相机。到目前为止，好奇号经历了两天的安全模式阶段，科学家推测宇宙射线可能导致好奇号主计算机出现故障。除了好奇号遭遇故障外，美国宇航局的开普勒系外行星正面临报废的命运，用于探测器定位的反作用轮出现故障，我们需要三个反作用轮来保持探测器的精确指向。

    这些探测器的故障以及修复机制使我们看到未来探测器的设计需要更多地考虑自我修复的功能，如果自我修复失败，那么价值数（十）亿美元的探测器或将面临中止任务，甚至是报废的命运。