旅行者号探测器是如何在发射几十年后继续前进的

admin 2023-11-24 16:16:41 浏览量:5
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CNN报道

1977年,当旅行者号探测器相隔几周发射升空时,没有人预料到这对双胞胎航天器的任务将从4年延长到45年,而且还在继续。

现在,任务小组正在创造性地制定旅行者1号和2号上的电源和仪器策略,使这两个探测器在探索未知的星际领域时能够继续收集有价值的数据。

旅行者1号是目前距离地球最远的航天器,距离地球约150亿英里(240亿公里),而旅行者2号距离地球超过120亿英里(200亿公里)。两者都在星际空间,是唯一在日球层之外运行的航天器,日球层是太阳的磁场和粒子气泡,远远超出了冥王星的轨道。

作为人类在日光层保护罩之外的唯一延伸,这两个探测器即使在向不同方向旅行的宇宙跋涉中也是孤独的。

把太阳系的行星想象成存在于一个平面上。加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室的旅行者号项目经理苏珊娜·多德说,旅行者1号在经过土星后,其轨道将其向上移出行星平面,而旅行者2号则越过海王星的顶部,向下移出行星平面。

这些长寿命探测器收集的信息有助于科学家了解日球层的彗星形状,以及它如何保护地球免受星际空间的高能粒子和辐射的影响。

旅行者2号的宝贵数据被捕获并通过它的5个科学仪器传回地球,而旅行者1号在任务早期出现故障后仍有4个可用仪器。

但多德说,要让这些“老年人”继续运作,需要大量的照顾和监督。

多德在接受CNN采访时表示:“我把她们形容为双胞胎姐妹。“一个失去了听力,需要一些助听器,另一个失去了一些触觉。所以,随着时间的推移,他们失败的方式也不同。但总的来说,就他们的年龄而言,他们是非常健康的。”

多德说,20世纪80年代旅行者号探测器在太阳系中巡视时设计的观测行星的仪器已经关闭,以便为1990年开始的星际任务重新配置内存。旅行者1号于2012年到达日球层边界,而速度较慢的旅行者2号于2018年越过日球层边界。

两个旅行者探测器都依赖于放射性同位素热电发电机。随着其所依赖的钚缓慢衰变,其热量被转化为电能,核动力供应每年损失4瓦。随着时间的推移,旅行者号团队已经命令探测器关闭仪器加热器和其他非必要系统。

“但是(旅行者号)也会很冷,我们需要保持推进剂管道足够温暖,大约2摄氏度(35.6华氏度)。如果它们冻结了,我们就无法指向地球了。所以这是动力和热能之间的平衡,以及我们如何操作航天器,”多德说。

微妙的平衡

令研究小组感到惊喜的是,这些仪器经过重新校准,在收集数据时变得更加敏感,因为一些旅行者号探测器在较冷的情况下运行得更好。

“一种看待问题的方法是,也许可以把两个旅行者号想象成山顶的小屋,那里非常寒冷,”喷气推进实验室的旅行者号项目科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)说。“渐渐地,你不得不关掉室内的灯来节省电力。你还得把恒温器调低,但你仍然工作得很好。”

旅行者2号已经开始使用一个小型备用电源储备,这是安全机制的一部分,这将使航天器在2026年之前不会关闭另一个科学仪器,而不是今年。在航天器上的电流发生重大变化时,保护仪器的安全机制包含少量的电力,作为备用电路。

现在,这种能量可以用来保持旅行者2号的仪器正常运行。

航天器的电气系统基本保持稳定,因此研究小组认为,对于能够收集科学数据的更大回报来说,这是一个很小的风险。该小组将继续监测旅行者2号的电压,并在出现波动时采取相应措施。

如果这一策略在旅行者2号上有效,它也可能在旅行者1号上实施,因为该团队将不得不考虑在2024年关闭航天器上的另一个科学仪器。

多德说:“我们不想关闭科学仪器,而是想做一些非常有创意的工程方面的事情,以便获得另一年的科学数据。”“它正在以一种从未设计过的方式操作航天器。”

旅行者2号的等离子体科学仪器仍在运行,因此它可以直接测量星际空间中的等离子体密度。据美国宇航局称,太空等离子体是由带电粒子组成的物质,其运动受电力和磁力控制。

“把它想象成一个有波浪、湍流和活动的空间海洋,旅行者号的仪器可以测量正在发生的事情,”斯皮尔克说。“在你去一个新地方之前,你会预测到那里你可能会发现什么。通过旅行者号,我们学会了惊喜。”

科学家们预计,随着旅行者号离太阳越来越远,等离子体的密度会下降,但它反而增加了。此外,这些探测器还可以测量和观察从太阳向外传播的激波。

只要旅行者1号和2号都保持健康,这两个老化的探测器很可能会在未来几年继续它们破纪录的任务。

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