120億英里之外的NASA旅行者2號以創新的動力策略繼續進行科學探索
旅行者2號航天器於1977年發射,距離地球超過120億英里(200億公里),使用五個科學儀器研究星際空間。為了幫助這些儀器在電力供應減少的情況下繼續運行,這個老化的航天器已經開始使用作為機載安全機制的一部分而預留的一個小型備用電源庫。此舉將使該任務能夠將關閉一個科學儀器的時間推遲到2026年,而不是今年。
關掉一個科學儀器並不會結束任務。在2026年關閉一台儀器後,探測器將繼續運行四台科學儀器,直到不斷下降的電力供應需要關閉另一台。如果旅行者2號保持健康,工程團隊預計該任務有可能持續多年。
1976年在JPL的空間模擬室中展示的旅行者號證明測試模型,是1977年發射的雙胞胎旅行者號太空探測器的複製品。該模型的掃描平台向右延伸,將航天器的幾個科學儀器放在它們的部署位置。資料來源:NASA/JPL-Caltech
旅行者2號和它的雙胞胎旅行者1號是有史以來唯一在日光層之外運行的航天器,日光層是由太陽產生的粒子和磁場的保護性氣泡。這些探測器正在幫助科學家們回答有關日光層的形狀及其在保護地球免受星際環境中發現的高能粒子和其他輻射的作用。
“旅行者號返回的科學數據離太陽越遠就越有價值,所以我們絕對有興趣讓盡可能多的科學儀器保持運行,”位於南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室的旅行者號項目科學家Linda Spilker說,該實驗室為美國宇航局管理這項任務。
探測器的動力
旅行者號的兩個探測器都用放射性同位素熱電發生器(RTG)為自己供電,RTG將钚衰變產生的熱量轉化為電能。持續的衰變過程意味著發電機每年產生的電力略微減少。到目前為止,電力供應的減少並沒有影響到任務的科學產出,但是為了彌補損失,工程師們已經關閉了加熱器和其他對保持航天器飛行不重要的系統。
由於旅行者2號的這些選擇現在已經用盡,飛船的五個科學儀器中的一個被列入他們的名單。(旅行者1號比它的雙胞胎少了一個科學儀器,因為在任務初期有一個儀器發生了故障。因此,關於是否關閉旅行者1號上的一個儀器的決定要到明年的某個時候才會作出)。
美國宇航局的每一個旅行者號探測器都配備了三個放射性同位素熱電發電機(RTG),包括這裡顯示的那個。RTG通過將钚-238衰變產生的熱量轉換為電能,為航天器提供動力。資料來源:NASA/JPL-Caltech
為了尋找一種避免關閉旅行者2號科學儀器的方法,該團隊仔細研究了一種安全機制,該機制旨在保護儀器,以防航天器的電壓–電力流–發生重大變化。由於電壓的波動可能會損壞儀器,旅行者號配備了一個電壓調節器,在這種情況下會觸發一個備用電路。該電路可以從RTG中獲取少量的電力,這些電力被預留用於此目的。現在,任務將不再保留該電力,而是用它來保持科學儀器的運行。
儘管航天器的電壓不會因此而被嚴格調節,但即使在飛行超過45年後,兩個探測器上的電氣系統仍然相對穩定,將對安全網的需求降到最低。工程團隊也能夠監測電壓,並在電壓波動過大時作出反應。如果新方法在旅行者2號上運行良好,該團隊可能也會在旅行者1號上實施。
旅行者號的項目經理蘇珊娜-多德(Suzanne Dodd)說:”可變電壓對儀器構成了風險,但我們已經確定這是一個小風險,而替代方案提供了一個很大的回報,即能夠保持科學儀器的開啟時間。”我們已經對航天器進行了幾週的監測,看來這種新方法是有效的。”
旅行者號任務原計劃只持續四年,將兩個探測器送過土星和木星。美國宇航局延長了任務,以便旅行者2號能夠訪問海王星和天王星;它仍然是有史以來唯一遇到過冰巨頭的航天器。1990年,美國宇航局再次延長了任務,這次的目標是將探測器送到日光層之外。旅行者1號於2012年到達邊界,而旅行者2號(旅行速度較慢,方向與雙胞胎不同)於2018年到達。