重新启航 | NASA时隔37年后启动“旅行者号”外层星系空间探测器备用推进器

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1977年9月5日，美国国家航空航天局（NASA）将“旅行者1号”探测器发射升空，1977年8月20日发射了“旅行者2号”。

“旅行者号”外层星系空间探测器创造了数项惊人记录，其中，“旅行者1号”探测器是仅有的一个飞越过4颗太阳系外部行星的人造飞行器。

自1980年以来，“旅行者号”外层星系空间探测器的一组4个备用推进器一直处于休眠状态，NASA的控制小组成功启动该备用推进器。

携带着测试结果的无线电信号花费了19小时35分钟穿越星际空间，抵达了位于加利福尼亚州的接收天线。





“旅行者1号”探测器

NASA介绍说，“旅行者1号”探测器不仅是星际空间中的唯一一个人造飞行器，目前对该探测器的测试结果还表明，该探测器的工作状态依然保持着惊人的可靠性。

在时隔37年之后，NASA的工程师于本周尝试启动该探测器的备用推进器，启动工作取得圆满成功。

该探测器在太空中已经飞行了40年了，仅依靠一个小型推进器装置进行定向调整，以便探测器与地球进行通信。

推进器启动时，能够进行时长仅为数毫秒的脉冲喷气，通过喷气灵活地旋转探测器的位置，以便使探测器的天线指向地球。

自1980年以来，“旅行者号”外层星系空间探测器的一组4个备用推进器一直处于休眠状态，NASA的控制小组成功启动了备用推进器。

“虽然这些推进器备而不用的时间长达37年，但却依然功能完好，我们通过启动这些备用推进器，能够将旅行者1号探测器探索星际空间的时间延长2-3年，”加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室“旅行者号”探测器研究小组项目经理苏珊娜·多德说。

2014年以来，NASA的工程师发现，“旅行者1号”探测器里，当前用于定向调整的姿态控制推进器正在逐步老化、失效。

随着时间推移，推进器要进行更多数量的脉冲喷气才能够获得同等数量的姿态控制能量。

该探测器目前距离地球209.215亿千米，星际空间中也不可能有什么修理厂来对该探测器进行维修保养。



“旅行者1号”探测器目前距离地球209.215亿千米

加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室“旅行者号”探测器研究小组召集了很多推进器专家来研究解决这个问题。

克里斯·琼斯、罗伯特·肖特韦尔、卡尔·格恩西、托德·巴尔伯等专家分析了各种可选择方案，他们还对探测器在不同场景下会做出何种反应进行了预测研究。

他们一致同意采用一个很不寻常的解决方案：尝试启动一组休眠时间长达37年的推进器，用该组推进器来完成探测器的定向调整工作。

“旅行者号探测器飞行控制小组埋头查阅了数十年前的各类数据，检查测试了使用早已过时的汇编程序语言编写的软件代码，制定了完善计划，以确保安全地对备用推进器进行启动测试，”喷气推进实验室首席工程师琼斯说。



“旅行者号”外层星系空间探测器目前处在什么位置？

“旅行者1号”探测器目前距离地球209.215亿千米，穿越太空一直朝北飞行。

该探测器最近发回地球的探测数据显示，距离地球200多亿千米之外星际空间中宇宙射线的丰富程度是地球附近太空的4倍。

这意味着，太阳系外部的日光层可能起到了辐射屏蔽层作用。太阳与其他恒星间并非虚空一片，而是充斥着气体和尘埃组成的稀薄等离子体，天文学上称作星际介质。由带电粒子等组成的太阳风在向宇宙扩张的过程中会形成日光层。日光层犹如宇宙中的一个巨大气泡，太阳和太阳系９大行星处于“气泡”内，而“气泡”又包含在星际介质中。这个“气泡”与星际介质的交界区域被视为太阳系的边界。



“旅行者号”外层星系空间探测器穿越日光层

目前，“旅行者2号”探测器距离地球177.03亿千米，穿越太空一直朝南飞行。

两个飞行器一个向南飞行、一个向北飞行，这种对比位置可供科学家对两个不同太空区域中日光层与星际介质之间的相互作用进行研究。

一旦“旅行者2号”探测器飞入星际介质当中，科学家将能够在不同太空区域同时对星际介质进行取样研究。

在“旅行者号”任务开始的早期阶段，“旅行者1号”探测器飞越了木星、土星以及这两颗行星的重要卫星。

为了确保探测器能够进行精确飞越，“旅行者1号”探测器的后部装备有体积及功能与姿态控制推进器相同的机动弹道修正推进器，该推进器还能够确保探测设备自由指向所需要进行观测的目标天体。

在“旅行者1号”探测器最后飞越土星之后，“旅行者号”探测器研究小组自1980年11月8日之后就再未使用机动弹道修正推进器了。

此后，机动弹道修正推进器就没有进行探测器定向短促喷气，而是用于更长时间的持续加速模式。

“旅行者号”外层星系空间探测器的所有推进器都是由洛克达因喷气发动机公司研发制造的。

该公司还研发了同一种类的MR-103推进器，NASA的“卡西尼号”土星探测器、“黎明号”小行星探测器使用的就是MR-103推进器。



洛克达因喷气发动机公司设计建造的MR-103推进器

11月28日周二，“旅行者号”外层星系空间探测器研究小组工程师在时隔37年之后第一次启动了该探测器的4个机动弹道修正推进器，进行了一次10毫秒的脉冲喷气，对推进器的定向功能进行了测试。



MR-103推进器剖面示意图

在发出测试指令之后，研究小组急切期盼着测试结果信号穿越太空返回地球，在19小时35分钟之后，探测器发回的信号终于抵达了加利福尼亚州戈德斯通的NASA深空网络天线。

11月29日周三，让人预想不到的事情发生了，研究小组从接收到的探测器信号中获知，机动弹道修正推进器、姿态控制推进器已经成功启动了。

“旅行者号探测器研究小组在推进器启动测试工作每往前走一步，都是一个无比重大的里程碑，随着测试工作的顺利开展，小组工作人员也越来越激动和兴奋。我们见证了休眠时间很长很长的推进器成功启动的整个过程，就仿佛这37年的休眠时间从来没有存在过一样，轻松、高兴、不可思议，我们心里一时间百感交集，”喷气推进实验室推进器工程师巴尔伯说。



旅行者号探测器结构示意图

按照计划，研究小组将于2018年1月将“旅行者1号”探测器切换为机动弹道修正推进器。在切换时，“旅行者号”外层星系空间探测器必须要将每一个推进器的加热器打开，这一动作需要消耗能量，对这一长期探测任务来说，能量是一种非常有限的资源。当所剩能量不够操作加热器时，研究小组将切换回姿态控制推进器。

推进器测试进行得非常顺利，接下来，研究小组将对“旅行者2号”探测器的机动弹道修正推进器开展类似的测试工作。让人高兴的是，“旅行者2号”探测器目前使用的姿态控制推进器，其老化程度不像“旅行者1号”探测器那样严重。

大概在数年之后，“旅行者2号”探测器也将进入星际空间。

星际空间，就是星体与星体之间的空间，据观测，很多人认为星际空间是一无所有的，本世纪后，天文学家才发现有不少表明星际空间存在的物质的迹象，人们在观测星光时发现，星光穿过星际空间时大大减弱，所以星际空间并不是绝对的真空，那里一定有物质存在，不只有普通意义上的物质，还有暗物质。

喷气推进实验室设计建造的“旅行者号”外层星系空间探测器将会共同持续工作。喷气推进实验室是NASA设立于加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院的一个部门。 旅行者号计划是NASA太阳物理系统天文台的一部分，由华盛顿科学任务理事会太阳物理分部赞助。

本月，迄今为止人类在深空中连续工作时间最长的探测器——“旅行者1号”探测器、“旅行者2号”探测器，已经连续执行空间探测任务40年了。

1977年，这两个探测器发生升空以来，旅行者号外层星系空间探测器创造了多项记录，其中，“旅行者1号”探测器是唯一一颗飞越了木星、土星、天王星及海王星的人造探测器。

负责该探测器运行维护工作的NASA工程师说，完全没有想到时至今日该探测器还能够正常工作。

NASA于12日1日举办了官方庆祝活动，将邀请专家对该探测器旅程中的一些重点、亮点进行讲解介绍。

1977年9月5日，美国国家航空航天局（NASA）将“旅行者1号”探测器发射升空，1977年8月20日发射了“旅行者2号”探测器。

每个探测器都携带着一个黄金唱片，里面记录了来自于地球的声音、图片以及地球人致外星人的信息。



旅行者号探测器携带着的黄金唱片

NASA科学任务理事会助理理事长托马斯·泽布臣说：“我相信，很少有其他任务能够取得像旅行者号外层星系空间探测器一样持续40年时间的科学探测成就。”

“该探测器给我们好好上了一课，它们让我们知道了宇宙未知的神秘之处、了解了太阳系内外长期科学探测工作所体现出来的伟大人类精神。”

在40年的运行过程中，“旅行者号”外层星系空间探测器创造了很多项记录。

2012年，“旅行者1号”探测器率先进入星际空间，这是人类送入星际空间的第一颗人造探测器。“旅行者2号”探测器是唯一一颗飞越了木星、土星、天王星及海王星的人造探测器。

它们在飞越行星的过程中，第一次在地球之外，在木星的卫星——木卫一上观测到了活火山活动，在土星的卫星——土卫泰坦上观测到了类似于地球的大气层。



木卫一活火山活动



土卫泰坦上观测到了类似于地球的大气层

“旅行者号”外层星系空间探测器项目科学家艾德·斯通先生说：“40年前该探测器发射升空时，我们谁都不曾想过40年之后该探测器还能够继续正常工作，还能够继续它们的先锋之旅。”

“在接下来的5年里，它们还将做出的精彩探索，必将给我们带来对未知世界的激动发现。”

“旅行者号”外层星系空间探测器的能量会以每年4瓦特的速度减少，工程师在进行操作时必须要非常小心认真，必须在最大限度上节约能量。

“旅行者号”外层星系空间探测器项目经理苏珊娜·多德说：“旅行者号探测器使用的技术设备都是好几十年以前的，需要具有上世纪70年代探测器设计建造经验的工作人员，才能够知晓该探测器的运行方式，才能够正确向探测器上传指令，以便确保探测器今后的持续正常运行。”

但遗憾的是，NASA预测，该探测器的最后一个科学仪器将不得不于2030年关闭。

但是，探测器即便是在关闭之后，它们也将继续在星际空间中的旅程，环绕着银河系进行轨道飞行，每环绕银河系飞行一圈需要2.25亿年。

为了庆祝“旅行者号”外层星系空间探测器所取得的、让人难以置信的成就，NASA及史密森国家航空航天博物馆于12月1日举办了一次公众活动。

活动地点位于华盛顿的史密森国家航天航空博物馆，NASA网站将对活动进行现场直播。

在活动过程中，专家将就“旅行者号”外层星系空间探测器的设计制造、任务历史、探测发现、拍摄图片、对地影响、关键因素以及参与探测器任务的重要科学家及工程师等方面的内容和情况进行讲解、介绍和讨论。

史密森国家航空航天博物馆于1976年7月开馆，展览面积达1.8万平方米，是史密森学会创建的众多博物馆之一，也是全世界首屈一指的有关飞行的专题博物馆。



史密森国家航空航天博物馆


星际使者旅行者一号拍摄的那些精美图片

转载：漫步宇宙
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