旅行者 1 号超 150 亿英里外勇克新挑战运行
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美国国家航空航天局(NASA)的工程师们已经成功恢复了与旅行者 1 号的联系这一情况,在其不断减少的电源导致长达数周的停电后,该航天器运行正常。
这个问题始于 10 月,当时老化的探测器自动从其主要的 X 波段无线电发射器进行切换,并开始依靠弱得多的 S 波段无线电发射器与地球上的任务团队进行通信。作为距离地球最远的航天器,旅行者 1 号目前正在约 154 亿英里(249 亿公里)之外的未知领域进行探索。
当任务团队发送命令打开其中一个加热器后,探测器的计算机确定旅行者 1 号电力不足,于是探测器自动进行了发射器切换。
这一意外变化致使工程师们近一个月都无法接收有关旅行者 1 号状态的信息以及航天器仪器所收集的科学数据。
经过一些巧妙的问题解决方式,该团队于 11 月中旬成功将旅行者 1 号切换回其 X 波段无线电发射器,并再次接收其每日的数据流。
“这些探测器原本从未被设计成如此运行,”加利福尼亚州帕萨迪纳市美国国家航空航天局喷气推进实验室的旅行者号任务经理卡里姆·巴达鲁丁在一封电子邮件中说。“谢天谢地,他们得以从这个问题中恢复,还学到了一些东西。”
但这只是近年来任务团队不得不面对的诸多挑战中的一个,因为旅行者 1 号及其孪生探测器旅行者 2 号在发射 47 多年后,仍在不断挑战极限,探索太空。
这两个探测器于 1977 年相隔几周发射,其最初的任务是在四年内飞越太阳系中的最大行星,然而它们的运行时间远远超出了最初设定的任务期限。
现在,它们身处星际空间,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所形成的泡,其范围远远超出了冥王星的轨道。
据美国国家航空航天局所述,两个航天器均由衰变钚产生的热量转化而成的电能提供动力。每年,探测器大约会损失 4 瓦的功率,这相当于一个小型节能灯泡。
“我们早就知道(在飞船上)两艘旅行者号的能量在一段时间内一直在耗尽,”巴达鲁丁说。“今年,这迫使该任务 关闭了旅行者 2 号上的一台科学仪器。但这些探测器的持续时间远远超过了任何人的预期,我们能从它们身上榨取最后一点能量(和科学成果!),这太令人惊叹了。”
大约五年前,任务团队开始关闭那些对探测器飞行并非关键的任何系统。其中一些系统包括旨在使科学仪器保持在正确温度下运行的加热器。
但令他们惊讶的是,所有仪器都一直在工作,即使在比几十年前测试时更低的温度下也是如此。
旅行者号任务保障经理布鲁斯·瓦格纳(Bruce Waggoner)于 11 月告知美国有线电视新闻网(CNN),工程师偶尔会向旅行者 1 号发送命令,打开其一些加热器,并为几十年来遭受辐射损伤的部件加热。他说,热量有助于逆转辐射损伤,辐射损伤会降低航天器部件的性能。
但在 10 月 16 日发送给加热器的命令触发了航天器的自主故障保护系统。如果航天器消耗的功率超过应有的功率,故障保护系统会自动关闭非必要的系统以节省能量。10 月 18 日,当团队无法检测到航天器的响应信号时,发现了最新的问题。
鉴于旅行者号探测器除科学仪器外,已将所有非必要系统关闭
故障保护系统关闭了 X 波段发射机,切换至 S 波段发射机,原因是后者功率消耗更低
旅行者 1 号已使用 X 波段发射机达数十年之久,然而 S 波段自 1981 年起就未曾使用,因其信号远比 X 波段微弱
该团队必须先找到微弱的 S 波段信号,方可恢复与航天器的可靠通信
任务团队于 11 月 7 日成功命令旅行者 1 号恢复使用 X 波段发射机,并于 11 月 18 日那周开始收集科学数据,同时他们正在积极重置用于同步旅行者号三台计算机的系统
旅行者号团队拥有计算机模型,以帮助他们预测航天器的加热器和仪器预计的功率消耗
但打开一个加热器就触发故障保护系统这一事实向团队表明,探测器的未来比他们所意识到的更具不确定性
“这意味着团队用以计算可用电量(从而计算能够运行多少系统/仪器)的虚拟模型存在不确定性,并且/或者在当前任务的工作层面上不完整,通常涉及的余量不足一瓦特。”巴达鲁丁说道。
“过去有少量电力储备可应对这种情况,但今年早些时候,团队选择动用该储备以使科学仪器运行更久。”
旅行者号探测器最初每个都配备了 10 种科学仪器。
由于在航天器完成对木星和土星的飞越后,某些工具不再被需要,所以 1990 年旅行者 1 号上的某些仪器被关闭以节省能源。
现在,每个航天器上仅有四个仪器在运行,它们被用于研究被称为等离子体的带电气体、星际空间中的磁场和粒子,旅行者号探测器是唯一探索这片未知领域的航天器。
旅行者 1 号及其孪生探测器通过深空网络(地球上的一个无线电天线系统)持续发回科学数据,每天约有六至八个小时的探测器探测结果得以返回。
数据不在船上存储,所以在发射器出现问题期间,旅行者 1 号发送回家的任何东西都丢失了。
“然而,旅行者号现在所从事的科学工作实际上关乎大局和长期观测,所以团队不太在意这次的中断。”巴达鲁丁说。
“更大的问题在于,在当前可用的电力状况下,我们能让科学仪器运行多长时间。”