NASA将要实行一项新计划,让最初的旅行者继续前进

截至目前,NASA的工程师们已经让旅行者1号和旅行者2号飞船飞行了将近42年,比历史上任何宇宙飞船的飞行时间都要长。为了确保这些老式宇宙飞船继续传回前沿的科学数据,工程师们制定了一项新的计划来管理它们,其中要在仪器和推进器之间做一些艰难的决定。

其中一个关键问题是,1977年发射的两艘旅行者号,随着时间的推移,用于运行科学仪器和在寒冷宇宙空间中保持温暖的加热器的可用电力越来越少。工程师们必须决定在这两个航天器上,哪些部件获得动力,哪些部件必须关闭。而旅行者2号要比旅行者1号更早做出决定,因为旅行者2号拥有更多的科学仪器来收集数据和绘图。

经过与科学团队的讨论,任务管理人员最终关闭了旅行者2号宇宙射线子系统(CRS)的加热器,作为新的电源管理计划的一部分。去年11月,这台宇宙射线仪器在确定“旅行者2号”脱离了日光层的过程中发挥了至关重要的作用。从那以后,这两名旅行者一直在发回我们的太阳风与星际空间(恒星之间的空间)中流动的风相互作用的细节。

旅行者号的发现不仅为人类提供了对真正未知领域的观察,而且帮助我们了解太空中能量和辐射的本质——这是保护NASA任务和宇航员的关键信息,即便是在离地球更近的地方。

任务小组现在可以初步确认旅行者2号的宇宙射线仪器仍在返回数据,尽管温度下降到了零下59摄氏度。这比42年前CRS测试时的温度要低(零下45摄氏度)。另一个旅行者号仪器在下降到测试温度以下后,也继续工作了数年。

“旅行者号的仪器能如此耐用,真是不可思议,”旅行者号项目经理苏珊娜·多德说。“我们很自豪他们经受住了时间的考验。宇宙飞船的长寿命意味着我们要面对从未想过会遇到的情况。我们将继续探索,以便让旅行者号尽可能地进行最好的科学研究。”

旅行者2号在穿越星际空间时,继续从5个仪器传回数据。除了宇宙射线仪器,它能探测到来自太阳或太阳系外来源的快速移动的粒子,宇宙飞船运行着两种仪器,分别用于研究等离子体(一种原子电离,电子自由漂浮的气体)和磁强计(一种测量磁场的仪器),以了解星际空间中稀疏的物质云。

这个低能带电粒子仪器从多个方向获取数据,对于研究探测器远离日光层的转变特别有用。由于CRS只能在某些固定的方向上观察,旅行者科学小组决定先关掉CRS的加热器。

旅行者1号于2012年8月进入星际空间,继续从它的宇宙射线仪器,以及等离子体仪器,磁力仪和低能带电粒子仪器中收集数据。

为什么要关掉加热器?

1977年,两艘旅行者号分别发射升空,现在距离太阳超过180亿公里,远离太阳的温暖。工程师们必须小心控制两个航天器的温度,以保证它们能正常工作。如果驱动推进器的燃料管道被冻结,旅行者号的天线就会停止指向地球。这将阻止工程师向航天器发送指令或接收科学数据。所以宇宙飞船的设计是为了自我加热。

但是,运行加热器和仪器需要的能量在两艘航行者号上都在不断减少。

每个探测器都由三个放射性同位素热电发生器(RTGs)提供动力,RTGs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RTGs中的钚的热能会随着时间的推移而下降,其内部效率也会随着时间的推移而降低,因此每个航天器每年的发电量会减少4瓦左右。这意味着,与近42年前发射时相比,这些发电机的发电量减少了约40%,限制了可在航天器上运行的系统的数量。

这次任务的新动力管理计划探索了应对两艘飞船不断减少的电力供应的多种选择,包括在未来几年关闭更多的仪器加热器。

工程师们面临的另一项挑战是控制一些航天器推进器的退化,这些推进器以微小的脉冲或喷流发射,巧妙地旋转航天器。这在2017年成为一个问题,当时任务控制人员注意到旅行者1号上的一组推进器需要释放更多的气体,以保持航天器天线指向地球。为了确保飞船能够继续保持正确的方向,研究小组在旅行者1号上点燃了另一组推进器,这组推进器已经有37年没有用过了。

旅行者2号目前的推进器也开始退化。任务管理人员已经决定在这个月为探测器做同样的推进器开关。旅行者2号最后一次使用这些推进器(被称为轨道修正机动推进器)是在1989年与海王星相遇的时候。

工程师们管理电力和老化部件的计划应该能确保旅行者1号和2号在未来数年内继续从星际空间收集数据。来自旅行者号的数据继续为科学家们提供从未见过的星际空间边界观测,补充了美国宇航局的星际边界探测器(IBEX),该探测器的任务是遥感该边界。美国宇航局也在准备星际测绘和加速探测器(IMAP),计划于2024年发射,以利用旅行者的观测。

“两个旅行者号探测器都在探索以前从未去过的地区,所以每天都是一个发现的日子,”加州理工学院旅行者号项目科学家埃德·斯通(Ed Stone)说。“‘旅行者’号将继续用有关深空的新见解给我们带来惊喜。”

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