美国航天局该如何延长飞行在太阳系边缘“旅行者”的寿命?

美国航天局该如何延长飞行在太阳系边缘“旅行者”的寿命?

42年前发射的“旅行者”1号和"旅行者2号"太空探测器正在探索太阳系的外在领域。不幸的是, “旅行者”1号和"旅行者“2号任务即将结束,但美国宇航局有计划让两个探测器在耗尽电源之前,尽可能长时间地保持运行。

1977年,旅行者1号和2号在16天内相继发射。两个探测器都访问了木星和土星,但旅行者2号被送上了另一条飞过天王星和海王星的轨道。自那时以来,探测器越来越远地进入深空,速度接近每小时56,000公里(每小时35,000英里)。这些探测器现在距离地球超过180亿公里(110亿英里)。旅行者1号是两者中距离最远的,从地球发出的无线电信号以光速飞行需要100分钟才能到达探测器。

不幸的是,这两个探测器的使命终将结束。预计这些探测器将一直工作到2020年代中期,之后它们将没有足够的电源来供应加热器。最终,机载组件将冻结,探测器将变成两块冰冷的金属在太空中穿行。

迄今为止旅行者2号任务的图表,其中距离以au表示,其中1au是地球和太阳之间的平均距离

虽然任务结束是不可避免的,不过,美国宇航局正在采取措施延缓探测器冻结的时间。正如宇航局在最近的一份新闻稿中指出的那样,旅行者号工程师正在考虑进行一些调整,以尽可能延长探测器的使用寿命。美国宇航局新的"电源管理计划"旨在使"旅行者"号探测器能够继续工作,以便继续在太阳风(太阳日冕释放的粒子)和星际空间之间的边界上收集科学数据。

不用说,对于“旅行者”来说,“天气”开始变得有点冷,在太阳远点,它们冒着结冰的危险在执行任务。例如,冰冻的燃料管会使推进器无法操作,使得探测器无法定位天线信号,失去与地球通信联系的功能。这就是为什么“旅行者”号配备了电源和一些加热装置,正如美国宇航局解释:

探测器由三个放射性同位素热电发生器(RTG)提供动力,它们通过钚-238放射性同位素的自然衰变产生热量,并将热量转化为电能。由于RTG中钚的热能下降,其内部效率随着时间的推移而降低,每个航天器每年产生的电力减少约4瓦。这意味着发电机的产量比近42年前发射时少了40%左右,限制了在航天器上运行的系统数量。随着功率的减少(放射性同位素热电发生器预计不会持续到2025年以后),美国宇航局不得不决定哪些部件能获得加热器所需的“果汁”,哪些部件没有。因此,美国宇航局指出,该机构新的电源管理系统考虑多种方案,以应对两个航天器上不断减少的电力供应,包括在未来几年内关闭更多的仪器加热器。

“旅行者”2号的情况更为紧迫,因为它有更多的仪器需要电力。最近,”旅行者“的工程师决定关闭加热其宇宙射线子系统(CRS)的加热器。该仪器记录有关探测器环境的信息,以及日光层如何与在这一空间流动的太阳风相互作用。值得注意的是,”旅行者“2号CRS并没有死亡,它仍在记录数据并将数据返回地球,尽管它现在运行的温度远低于在地球上测试时的温度。

"‘旅行者’的仪器如此顽强,真是不可思议,"旅行者项目主席苏珊娜·多德在美国宇航局的新闻稿中说,"我们很自豪它们经受住了时间的考验。航天器的寿命长,意味着我们面对的是我们从未想过会遇到的场景。我们将继续探索我们拥有的每一种选择,以保持“旅行者”们尽可能完成地球给出的科学任务。“

其他仪器,包括测量等离子体和磁场的装置,将继续从加热器中获取“温暖“。至少现在是这样。

另一个重要的考虑因素是探测器的推进器,它由联氨驱动。这些推进器对操作至关重要,因为这些推进器通过微小的脉冲旋转航天器。两年前,美国宇航局需要重新定向旅行者1号,但因为它比平常需要更多的脉冲,所以他们触发了一套37年来从没有使用过的推进器。这一事件表明,“旅行者”推进器正逐渐减弱,在旅行者2号上也将不得不做出类似的调整,这一开关预计将在本月晚些时候发生。

但是,任何小小的调整都会有所帮助,因为美国宇航局试图挤压这些历史性探测器中剩下的每一点生命,这些探测器为科学分析提供了前所未有的数据。

"两个’旅行者‘探测器都在探索从未去过的深空,所以每天都有新的发现,"“旅行者”项目科学家埃德·斯通说。"’旅行者‘将不断让我们对深空有新的认识。“

一旦死亡,探测器将继续向深空移动。以目前的速度,它们预计将在大约4万年后或距离地球两光年时,穿过奥尔特云——太阳引力不再占主导地位的区域。探测器最终可能会到达另一个恒星系统,包括一个由智慧外星文明居住的恒星系统。一旦发生这种情况,其中一个探测器可能会被拦截,外星人在其中会发现一个用黄金制成的唱片(唱片中包含各种地球生物的信息),告诉他们,他们并不孤单。

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