作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2015/9/9 9:34:10
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空间站暗物质实验面临考验
阿尔法磁谱仪冷却泵故障引发对其寿命关注

 

 

阿尔法磁谱仪   图片来源:NASA

本报讯 在去年1个冷却泵失效后,国际空间站上价值20亿美元的暗物质试验的操作者们如今正在努力摸清如何确保另外3个至关重要的冷却泵能够继续工作。而这一故障引发了迄今为止关于阿尔法磁谱仪(AMS)能否坚持工作直至空间站于2024年退役的最为严重的关切。AMS的使命是探测代表着湮没于深空中的暗物质的宇宙射线。AMS最初是为一项持续3年的研究项目设计的,如今已是它的第四个年头,而这台仪器未来还有9年的工作等待完成。

华盛顿哥伦比亚特区美国宇航局(NASA)总部AMS项目经理Mark Sistilli表示,关于冷却泵出现了什么样的故障以及如何修复它,“我们分析了一大堆的可能性”。而相关测试已经排除了一个可能性,即因为辐射破坏了冷却泵的电子器件。

AMS如今依然在利用剩下的3个冷却泵继续搜集科学数据。这些泵是一个液态二氧化碳冷却系统的一部分,旨在为安装在空间站外部的AMS散热。在一条每90分钟环绕地球一周的轨道上,AMS会随着空间站一道频繁地进出太阳光。

在任何指定的时间段,AMS的运行只需要使用1个冷却泵。AMS的1个冷却泵于2014年2月失效,而在剩下的另外3个冷却泵中,至少有1个已经表现出了可能发生故障的迹象。

自从8.5吨的AMS于2011年开始运行以来,它已经追踪了超过690亿条穿过其探测器的宇宙射线。它的目标便是寻找反物质与暗物质。2013年,AMS团队科学家报告说测量到正电子的数据和能量,这一发现暗示了——但没有证实——暗物质的存在。

而这项试验的科学价值取决于它追踪了多少粒子,因此运行的时间越长,最终的结论便越扎实。“迄今为止我们有一些很棒的科学数据。”Sistilli说,“如果可以,我们真的想要坚持到2024年。”

AMS最初只被认为能够运行3年。它的原始设计需要一个超导磁体,从而能够更迅速地完成科学任务,但工程师们在发射前几个月将其换成了普通磁体。试验表明,超导磁体的变热超过预期,实验团队担心它会在3年任务期结束之前便消耗掉所有的氦冷却剂。

如今,冷却系统再次出现了问题。这些冷却泵与最初设计用来与超导磁体一起运行3年的冷却泵是一样的。AMS的冷却系统由荷兰阿姆斯特丹国家宇航实验室率领的一个国际团队负责制造。

诺贝尔物理学奖获得者、剑桥市麻省理工学院丁肇中表示:“我们有4个泵——而我们只需要1个。我们希望在空间站的使用期内一直运行AMS。”

而如何解决冷却泵的问题取决于它到底是什么。Sistilli指出,一个简单的解决办法是上传软件以不同的方式运行剩余的冷却泵,从而使其持续更长的时间。另一种可能性则是在冷却泵上或周围安装一个热包层,从而控制温度并减少其负荷——AMS的其他部分已经安装了这样的隔热包层。而在最坏的情况下还可以让宇航员通过太空行走替换失灵的部件。

Sistilli说,AMS团队可能需要半年到一年的时间给出一个解决方案。

与此同时,第二项并且是更小的暗物质试验——测热电子望远镜——已经于上个月抵达国际空间站。由日本宇宙航空开发机构领导的这一项目将搜索能量高于AMS研究范围的宇宙射线。

AMS是一个安装于国际空间站上的粒子物理试验设备。其目的在于探测宇宙中的奇异物质,包括暗物质及反物质。2011年5月16日,AMS随“奋进”号航天飞机升空,中国科学家为磁谱仪倾注了大量心血,参与项目的国际同行曾对中国科学家的贡献给予高度评价。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2015-09-09 第2版 国际)
 
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