欧洲航天局的CryoSat任务提供数据，以确定极地冰盖和浮动海冰厚度的精确变化率。它能够检测到每年1厘米的变化。来自CryoSat的信息有助于更好地了解地球上冰的体积是如何变化的，从而更好地了解冰和气候是如何联系在一起的。资料来源:ESA - P. Carril
2024年11月，欧洲航天局的CryoSat卫星切换到备用推进系统，以克服燃料泄漏，可能将其任务延长5-10年。这颗关键的卫星它有助于了解极地冰的变化和全球变暖的影响，它的数据为未来的卫星设计提供了信息，比如水晶卫星。
2024年11月21日，欧洲航天局的CryoSat卫星在燃料泄漏威胁到2025年任务结束后，切换到备用推进系统。
这种交换有可能将卫星的寿命延长5到10年。但是备用推进器以前从未使用过。
如果在CryoSat的13年轨道运行期间有什么东西损坏了它们，那么在转换后，任务有可能立即结束。
格陵兰岛和南极洲正在失去大量的冰，世界上大多数冰川也是如此，但要测量它们脱落了多少冰是很棘手的。多亏了欧洲航天局的CryoSat卫星和一种使用其数据的突破性方法，科学家们发现，全球冰川在短短10年内总共缩小了2%。加起来总共有27200亿吨。这可以想象成一个巨大的冰块，比欧洲最高的山峰还大。图片来源:ESA/Planetary Visions
什么是CryoSat?
CryoSat是欧洲航天局的一颗卫星，专门用于测量极地海冰的厚度，并监测覆盖格陵兰岛和南极洲的冰盖的变化。
该任务计划持续大约5年。它已经在轨道上运行了13年多。
CryoSat任务经理Tommaso Parrinello说:“自2010年以来，CryoSat一直使用合成雷达高仪(SAR)监测地球上任何地方的陆地和海冰，以帮助科学家证明冰在调节气候和受全球变暖影响方面发挥的重要作用。”
“CryoSat是一份不断馈赠的礼物。它对全球冰层和海平面的13年气候记录是无与伦比的，而且可能会持续很长时间。”
最近的任务亮点包括首份北极海冰全年地图，以及我们迄今为止对地球冰川和极地冰盖损失的冰量的最准确估计。这些数据对气候报告和政策制定者至关重要。
CryoSat的数据也影响了新的冰监测卫星的设计，例如哥白尼极地冰雪地形高度计(CRISTAL)任务。
欧洲航天局CryoSat冰川测绘卫星的1:30比例模型，位于卫星控制室内。11月21日至22日，就在拍摄这张照片的时候，欧洲航天局任务控制中心的团队指示卫星切换到备用推进系统，因为一个主推进器的泄漏可能会导致任务提前结束。资料来源:ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
CryoSat的问题是什么?
为了对地球或宇宙进行超精确的测量，大多数卫星都要进行定期的机动，以使它们保持在完美的轨道上。
CryoSat使用压缩氮在太空中进行机动。气体在高压下储存在燃料箱中，并通过一系列管道和阀门输送到推进器。推进器将气体释放到太空中，推动或转动卫星，使其朝着任何指定的方向运动。
燃料消耗预计不会成为CryoSat的限制因素。但在2016年，在德国达姆施塔特的欧空局欧洲空间操作中心(ESOC)飞行CryoSat的操作员注意到，该航天器消耗37公斤压缩氮的速度比预期的要快得多。
截至2024年11月，CryoSat剩余13公斤燃料——根据使用推进器进行轨道维护机动和姿态控制，剩余燃料比应有的少13公斤。
当燃料箱下降到5公斤以下时，卫星将不再能够可靠地控制其指向的方向或维持其轨道。
泄漏的原因是什么?
CryoSat的氮推进剂在高压下储存在燃料箱中。一个压力调节器将高压空气转换成低得多的压力，供推进器使用。
欧空局团队与该卫星制造商空中客车公司的专家一起，将泄漏的位置确定为CryoSat的一个较小的姿态推进器。
起初，泄漏率很小，但在最初几年里增加了，并达到了一个稳定的速度，仍然可以使CryoSat任务在2025年结束。
对此的一种解释可能是某个地方出现了一个小裂缝，并在停止之前扩大到一定大小。但是很难从地面上诊断出这种问题，也不可能确切地知道。
欧洲航天局的基律纳站位于Salmij?rvi，位于瑞典北部基律纳以东38公里处。它具有两个精密终端，直径15米和13米的天线，用于与地球轨道上的卫星通信，包括CryoSat-2、Integral、Swarm三颗卫星和Sentinel-1A。来源:欧洲航天局
你是如何拯救卫星的?
CryoSat有一个与燃料箱相连的备用推进系统。
11月21日，欧洲中部时间10点45分，当CryoSat经过斯匹茨卑尔根岛的斯瓦尔巴德站和瑞典的欧空局基鲁纳站时，欧空局的操作员开始切换到备用系统。
首先，在连接主推进器的情况下，他们打开了备用推进系统的主阀，这是CryoSat在太空中13年来的第一次。
在德国的ESOC, CryoSat的航天器操作工程师和空中客车公司的团队在压力上升时监控屏幕——在CryoSat的备用推进系统和地球上的控制室。
备用系统的压力稳定下来，这表明它本身没有出现任何重大问题，卫星的机载计算机被指示使用备用推进器，而不是自发射以来一直使用的主推进器。
然后……沉默。
2024年11月21日至22日，位于德国达姆施塔特的欧空局ESOC任务控制中心的团队将欧空局的CryoSat冰川测绘任务延长了5到10年。在这张照片中，来自欧洲航天局和CryoSat制造商空中客车公司的专家聚集在一个屏幕周围，监测主推进系统和备用推进系统内部的压力。资料来源:ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
CryoSat独自向南飞越非洲，第一次连接并使用了备用推进器。
“CryoSat的备份系统很强大，很可能按预期工作，”CryoSat航天器运营经理Jens Lerch说。“如果在切换过程中或未来的任何时候出现问题，卫星都能够自动切换回主系统。”
“但我们无法确定。在CryoSat进入太空的13年里，不需要备份。在这段时间里，它可能遭受了类似的泄漏或被微流星体等东西损坏——我们之前没有办法在不暴露我们今天面临的同样风险的情况下对它进行测试。”
幸运的是，25分钟后，CryoSat在南极洲巨魔地面站的地平线上升起，功能齐全。
确认备用姿态控制推进器正常工作后，主推进器的主阀关闭，以阻止气体通过泄漏。
第二天，11月22日，欧空局的飞行控制小组进行了一次“轨道控制机动”，以测试备用系统中的两个较大的推进器。
由于在机动过程中或之后没有发现任何问题，CryoSat的备用推进器现在正式投入使用，卫星能够继续进行科学活动，直到十年结束，甚至可能更长时间。
等一下，泄漏是在2016年发现的。为什么要等到现在才做呢?
自发射以来的任何时候，如果其机载计算机检测到主系统突然出现重大问题，CryoSat都有能力切换到备用推进系统。
但是，应对缓慢泄漏比应对快速泄漏更困难，因为快速泄漏必须立即处理，甚至由卫星自主处理。
CryoSat在2016年至2024年期间收集了7年宝贵的冰川测绘数据。如果操作人员立即切换到备用推进器，并且在重新配置过程中发生了一系列非常不可能发生的问题，这些数据就不会存在。
但是他们等待的时间越长，泄漏到太空中的燃料就越多，他们通过交换获得的额外时间就越少。
2024年11月21日被选为平衡这两个因素的日子。
哥白尼极地冰雪地形高度计(CRISTAL)计划于2027年发射，该任务将首次携带双频雷达高度计和微波辐射计，用于测量和监测海冰厚度、积雪深度和冰盖高度。
下一个什么?
与CryoSat的备用推进器的交换是成功的。但我们还不知道这能延长多长时间。
只有在接下来的几天或几周内监测燃料储备，CryoSat团队才能知道备用系统是否有任何较小的泄漏或问题。
在最好的情况下，这次行动对人类的极地冰记录来说是无价的。
CryoSat是一些人所说的“卫星测高的黄金时代”的关键部分。在令人印象深刻的船队中，它的雷达高度计是独一无二的，能够监测全球各地的冰和水位。
CryoSat的自然继承者CRISTAL在未来几年内不会发射。CryoSat观测的延长将弥补这一差距，并保持我们有史以来最长的全球冰变化的不间断记录。
与此同时，与美国宇航局的冰监测卫星ICESat-2的一项新合作，结合了ICESat-2和CryoSat的轨道来绘制冰上的雪——这是我们估计中不确定的一个重要原因——可以进一步提高卫星测量冰体积的准确性。
这些发现也将直接适用于未来的冰任务，包括CRISTAL。
随着CryoSat数据产品的不断改进，它不仅覆盖了海冰和陆地冰，还覆盖了极地海洋、沿海海洋和内陆水域，欧洲航天局的冰任务仍然有很多可以提供的。
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