资讯首页   焦点新闻   国内新闻    国际新闻   产经新闻    深度解读    技术前沿   航天政策法规     视频    

永不止步——“旅行者”号的征程

时间:2017年08月04日 信息来源:漫步宇宙 点击: 【字体:

2017年8月和9月,美国宇航局的“旅行者1号”和“旅行者2号”将迎来服役40周年纪念日,它们是人类历史上制造的飞行距离最远、最长寿的航天器。尽管已经距离地球很远,它们每天仍与宇航局联系,继续探索人类最后的边疆。


创造无数纪录

“旅行者”号的探索故事不仅鼓舞着现在及未来的科学家和工程师,同时还影响了地球自身的文化,包括电影、绘画和音乐。每个“旅行者”号都携带一张黄金唱片,收录地球声音、图像和信息。“旅行者”号能够在宇宙中“存活”数十亿年,它们就像是时间胶囊,将在未来的某一天成为人类文明的唯一痕迹。


宇航局科学任务理事会执行副主管托马斯·泽布岑表示:“在长达40年的探索生涯中,‘旅行者’号飞船取得了无数成就。我认为其它绝大多数探索任务都无法与它们相媲美。它们让我们意识到宇宙中存在大量未解之谜,鼓舞人类继续探索我们的太阳系和系外空间。”


“旅行者1号”1977年9月5日发射升空,“旅行者2号”1977年8月20日入主太空,在无与伦比的漫长旅途中,“旅行者”号创造了无数纪录。2012年,“旅行者1号”成为唯一进入星际空间的航天器。“旅行者2号”则是唯一飞跃所有4颗外侧行星——木星、土星、天王星和海王星——的航天器。一路上,它们经历了一系列重大发现和令人惊异的瞬间,包括首次在地外发现活火山(木卫一“艾奥”)、发现木卫二“欧罗巴”存在地下海的线索、发现太阳系内最接近地球的大气层(土卫六“泰坦”)、拍摄天卫五“米兰达”的靓照、捕捉海卫一“特里同”的冰冷间歇泉等等。


4万年后,它们将抵达另一恒星

“旅行者”号正在远离系内行星,4万年后将抵达另一颗恒星。它们将传回一系列观测发现,帮助科学家了解太阳的影响在何处开始消减,星际空间又从何处开始。“旅行者1号”现距地球大约130亿英里(约合210亿公里),向北飞行,穿过行星平面,继续在星际空间穿行。在这颗探测器的帮助下,科学家得知星际空间的宇宙射线——被加速到接近光速的原子核——数量是近地空间的4倍。这意味着太阳圈起到了辐射防护盾的作用,保护太阳系的行星。太阳圈与气泡类似,容纳太阳系的行星和太阳风。根据“旅行者1号”的观测,太阳系内星际介质的磁场环绕着太阳圈。


“旅行者2号”现距地球大约110亿英里(约合177亿公里),向南飞行,几年后进入星际空间。两艘“旅行者”号飞船一南一北飞行,允许科学家对两个太空区域进行比较,同时利用仪器测量带电粒子、磁场、低频无线电波和太阳风等离子体,揭示太阳圈在何处与周围的星际介质发生交互作用。一旦“旅行者2号”进入星际介质,科学家便可对两个不同太空区域的介质进行同时采样。加州理工学院的“旅行者”号项目科学家埃迪·斯通表示:“40年前发射时,没有人想到它们能够服役至今,继续开拓前行。更让人开心的是,它们将在未来5年发现一系列我们从未了解的东西。”

寰俊鎴浘_20170804093852.png

艺术概念图,展示了美国宇航局的“旅行者”号飞船。“旅行者1号”和“旅行者2号”将在8月和9月迎来服役40周年。它们是人类历史上制造的飞行距离最远,最长寿的航天器。


若想要延长使用期,还需放眼飞船设计文件

“旅行者”号之所以取得超预期成就,要感谢设计者的远见卓识。木星的辐射环境是太阳系所有行星中最为严酷的。“旅行者”号为此做了充分准备,为越过木星的旅途打下坚实基础。两艘飞船都装有冗余系统,必要时可切换到备用系统。此外,它们的供电设施也能满足漫长旅途的需要。每艘飞船装有3个放射性同位素热电发生器,利用钚-238衰变产生的热能发电。钚-238的半衰期为88年。也就是说,这些发电机还可以再工作40多年。


太空几乎空无一物,“旅行者”号被大块物体撞击的风险不高。不过,“旅行者1号”的星际空间并非完全处于虚空状态,存在大量稀薄的物质云——几百万年前恒星发生超新星爆炸后的残余。这些物质并不对飞船的安全构成威胁,同时还是“旅行者”号任务的一个关键组成部分。现在,“旅行者”号任务正帮助科学家研究和了解这些物质的特性。


“旅行者”号的发电功率每年减少4瓦,以帮助工程师了解如何在更为严格的功耗约束下操控航天器。为了尽可能延长“旅行者”号的寿命,他们将目光投向近10年前撰写的描述“旅行者”号指令和软件的文件,此外还向前“旅行者”号项目工程师求教。


宇航局喷气推进实验室的“旅行者”号项目负责人苏珊娜·多德表示:“‘旅行者’号采用的技术已有几十年历史。上世纪70年代,我们的前辈依靠当时的设计经验了解如何让飞船长时间运转以及哪些地方可以升级,允许它们服役至今,甚至能够在未来继续服役。”


据项目组估计,“旅行者”号必须在2030年之前关闭最后一个仍在工作的科学仪器。不过,即使陷入沉默,它们仍会按照每小时超过3万英里(约合每小时4.8万公里)的速度飞行,每2.25亿年绕银河系中心公转一周。


旅途中的重大突破

很少有太空探索任务能够与“旅行者”号相提并论。在长达40年的服役生涯中,它们取得了一系列重大成就。“旅行者”号1977年发射升空,在对太阳系外侧气态巨行星——木星、土星、天王星和海王星——进行观测时上演了大量令人吃惊的发现。1977年至1990年,“旅行者”号任务取得了以下重大成就:

·第一艘飞跃所有4颗太阳系外侧行星的飞船(“旅行者2号”)。

·第一项发现外侧行星多个卫星的太空探索任务(两艘飞船均做到这一点):木星的3颗新卫星,土星的4颗新卫星,天王星的11颗新卫星以及海王星的6颗新卫星。

·第一艘飞跃4个不同目标行星的飞船(“旅行者2号”)。

·第一艘造访天王星和海王星的飞船(“旅行者2号”)。

·第一艘对木星、天王星和海王星的星环进行拍照的飞船(“旅行者2号”)。

·第一艘发现地外活火山的飞船(木卫一“艾奥”,“旅行者1号”)。

·第一艘发现地外行星闪电的飞船(木星,“旅行者1号”)。

·第一艘发现地外海洋线索的飞船(木卫二“欧罗巴”,1号和2号飞船均做到了这一点)。

·第一艘发现地外富氮大气层的飞船(土卫六“泰坦”,“旅行者1号”)。


取得太阳物理学方面的卓越成就

1980年11月告别土星后,“旅行者1号”开始奔赴星际空间。此前,还没有一个人造物体进入这个空间。2012年8月25日,它进入星际空间,将太阳圈甩在身后。1989年8月离开海王星后,“旅行者2号”也开始奔赴星际空间,估计几年后可实现这一目标。两艘飞船获取了大量信息,帮助科学家进一步了解太阳影响的程度,以及系内行星以外空间的特征,取得了以下重大成就:

·第一艘飞出太阳圈,并进入星际空间的飞船(“旅行者1号”)。

·第一艘在星际空间对宇宙射线强度进行全面测算的飞船(“旅行者1号”)。

·第一艘在星际空间对磁场进行测算的飞船(“旅行者1号”)。

·第一艘对星际介质(远古超新星爆炸喷射的物质)密度进行测算的飞船(“旅行者1号”)。

·第一艘对太阳风边界激波进行测算的飞船(“旅行者2号”)。在边界地带,太阳风带电粒子的速度降至音速以下,开始挤入星际介质。


工程与计算领域上的突出表现

两艘“旅行者”号的结构以及所搭载的仪器几乎一模一样。在设计上,它们能够经受住严酷的木星辐射环境考验——木星辐射是它们在旅途中遭遇的最大物理挑战。它们做了充分准备,以应对木星辐射,为顺利完成剩下的旅途打下牢固基础。“旅行者”号在工程学和计算领域取得的成就为未来的探索任务铺平道路,取得了以下成就:

·第一艘进行严密辐射防护的飞船,确立了当前太空探索任务的辐射防护标准。

·第一艘能够抵御外部静电放电的飞船。

·第一艘对姿态和铰接进行可编程电脑控制的飞船(调整飞船的方向)。

·第一艘具备自动故障保护能力的飞船,可发现自身问题并采取相应行动。

·第一艘对数据采用里德-所罗门编码的飞船。这种算法可减少数据传输和存储误差,现在已被广泛采用。

·工程师首次将地面通讯天线结合在一起,形成阵列,以便接收更多数据(“旅行者2号”的天王星之旅)。

除此之外,“旅行者”号还创造了“耐力”和飞行距离纪录:

·2012年8月13日,“旅行者2号”打破“开拓者6”号飞船的纪录,成为史上连续运转时间最长的飞船。

·1998年2月17日,“旅行者1号”打破“开拓者10”号飞船的纪录,成为史上距太阳最远的飞船。现在,“旅行者1号”距太阳大约130亿英里(约合210亿公里)。


(作者:佚名)
返回顶部