为了寻找火星水资源，美国航空航天局教会了火星探测器“翻转”动作
环绕火星飞行的探测器开始进行完全翻转操作，以获得最佳的雷达观测效果。
火星探测轨道卫星，图片来自美国航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院
火星探测轨道卫星最近刚刚学会了“后空翻”动作，这可以帮助它搭载的雷达从这颗红色行星表层下寻找水的踪迹。
行星科学研究机构的加雷斯·摩根是这颗卫星上搭载的“地表探测雷达设备”合作研究者之一，他表示：“我们不但可以教给这颗老飞行器一些新技能，还可以借此对火星表层下开启全新的探测任务。”
火星探测轨道卫星已经是个“老兵”了，自从2006年它已开始围绕火星执行观测任务。时至今日，它还携带着5个正常工作的仪器（其实还有第六个仪器 - 小型勘察图片光谱仪，但其已于2023年关闭）。卫星通过将自身进行最大28度的旋转，来实现将这些仪器对准火星的表面的目的。如果要照顾某一个仪器，使其获得更好的观测效果，通常意味着其它的四个仪器观测不便。因此，卫星的翻转操作都是在一周前计划好，以免打扰其它仪器的观测。
2006年，卫星升空的图片，这已经是一颗高龄且高产的“老兵”了。
通常情况下这种操作没有问题，然而对卫星上搭载的地表探测雷达设备，却始终处在不利于观测的位置。
这个设备负责向火星表面发射雷达探测信号，可以检测火星地表1.2英里（2公里）之下的水或者冰物质。然而，该设备位于卫星的背面，其重要性低于卫星的另一个仪器 - 高分辨率成像仪，后者位于卫星的前部，且拥有最好的观测条件。由于位于卫星背面，其发射的雷达探测信号会将卫星自身的一部分包含进来，这对观测清晰度和地表探测深度都造成了负面影响。
摩根表示：“这个设备用于对火星表面之下进行探测，由于这个限制，导致一些区域是无法探测的。如果能够解决这个问题，会带来新的收获。”
于是从2023年起，工程师开始对火星探测轨道卫星开展“大角度翻转”实验，翻转度数达到120度。飞行器通过后翻动作，变为倒向面对火星。在大角度翻转过程中，地表探测雷达设备终于可以“完全”看到火星表面，其雷达信号增强了10倍！
然而，这种大角度后翻动作带来一个新问题：在以前28度翻转过程中，卫星的高增益天线可以指向地球，同时其携带的太阳能电池板阵列可以保持朝向太阳以获得电力。但是在120度的翻转过程中，高增益天线不再指向地球，太阳能电池板也无法面对太阳了。
正因如此，这种大幅度的翻转操作需要在执行前进行非常认真的规划！
卫星所搭载的太阳能电池板（图片来自网络）
美国航空航天局喷气推进实验室的里德·托马斯是火星探测轨道卫星项目的主管，他告诉我们：“在执行大幅度的翻转前，需要进行一项特别的分析，以确保卫星的电池电量足以完成这次翻转。”
正因如此，火星探测轨道卫星的负责团队将这种大幅度翻转操作限制在每年只进行一、两次，但他们也在考虑将整个过程流程化，以便能够在未来更多的进行这类操作。这是非常值得的努力，因为寻找接近火星表面的水（或者冰），可以在未来为人类提供饮用水、生产氧气或者火箭燃料。此外，水资源在火星不同纬度的变化情况可以帮助科学家判断火星曾经的气候和水分布情况。
这种翻转操作还带来一个额外的好处：它惠及了卫星上的另一个设备 - 火星气候探测器。这个设备负责对火星不同季节气温的微小变化进行测量。它原本不依赖于卫星的翻转操作，因为在设计时，就被安装在一个可灵活旋转的万向轴上，既可以垂直于火星的表面，也可以指向火星的地平线方向，这样就能穿过火星稀薄的大气层进行准确测量。但是在2024年，这个旋转装置因年限过久导致无法再可靠工作了，此后，火星气候探测器只能依靠卫星自身的28度翻转来实现观测。而现在有了120度翻转之后，就可以让这个设备获得更好的观测能力。
火星探测轨道卫星的示意图（来自网络）
火星探测轨道卫星的整体翻转曾经是对其观测能力的一种限制，因为其无法保证每一个搭载的设备都获得良好的视角。但时至今日，对于这颗已经“上了年纪”的卫星，这种整体翻转已经成为一个保证科研继续的有利操作。虽然翻转并非万能的，但是火星探测轨道卫星的确还可以为科学家工作相当长的时间。
这种大幅度翻转操作结果的评估报告被发表在行星科学周刊中。
BY:Keith Cooper
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：https://www.space.com/astronomy/mars/nasa-teaches-mars-orbiter-to-roll-over-in-quest-to-find-red-planet-water
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