旅行者号探测器

　　1977年8月20日和9月5日，美国国家航空航天局（NASA）先后发射了两枚名为“旅行者号”（Voyager）的探测器。它们是人类最著名的外层星系空间探测器，两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道，向着太阳系外飞行。
　　虽然“旅行者1号”目前仍在正常运行，但据报道称，科学家最近注意到该探测器姿态关节和控制系统（AACS）的数据并不能反映飞船的实际情况，“所有迹象都表明AACS仍在工作，但它返回的遥测数据无效，比如看上去像是随机数，或者不在设定好对应某种状态的数据范围内”。“旅行者2号”探测器目前倒是运转正常。不得不说，它们都已经老了，能源也在不断衰减，尽管任务团队已经关闭了一些组件来节省能量，但目前估计也只能让探测器继续工作到2025年。
　　在“旅行者号”或将退役之际，我们来盘点一些与“旅行者号”相关的科学问题，致敬人类太空探索的先行者。
　　♦“旅行者号”飞出太阳系了吗？
　　经常有媒体报道说“旅行者号”已经飞到太阳系之外，这实际上大错特错，再给它1万年也飞不出去。NASA曾宣布的“旅行者号”飞出了“边界层”，也就是“日球层”，这个层究竟是一个什么样的层？
　　其实，看似空无一物的太阳系空间，充满了太阳大气放出的等离子体带电粒子流，被称为太阳风，其中73%是氢（质子），25%是氦（α粒子）。太阳风离开太阳后还会加速到超声速，平均可达每秒300—700千米，但会在远离太阳的区域与星际物质碰撞并减速，甚至停下来。作一个简单的比喻，日球层就好像太阳风吹进星际空间物质中的气泡，气泡的边界就是“旅行者号”穿越过的边界，距离地球大约180亿千米，目前“旅行者号”的飞行距离已超过200亿千米。
　　♦“旅行者号”用的是什么能源？
　　虽然对于飞行在太阳系中的探测器而言，太阳的能量近乎无穷无尽。但“旅行者号”飞行到距离太阳较远的区域，太阳的光照强度其实已经非常弱了，难以用来发电，所以“旅行者号”飞船的供能主要依靠内置的核电池，它被设计为可以供能到2025年。
　　凭借这个核电池就足以让“旅行者号”飞行超过200亿千米吗？当然也不是。人造探测器能够离开地球进入太空，主要依靠带它摆脱地心引力的庞大火箭动力。进入太空之后，阻力近乎为0，探测器可以靠惯性飞行。虽然，探测器受到了像太阳这样巨型天体的引力制约，但巨型天体的引力也给了探测器“借力”的机会，探测器可以利用“引力弹弓”的效应加速，不断达到更高的速度。
　　什么是“引力弹弓”？就好比高速飞过来的足球，再用力踢出去，球可能飞得会比来时更快。“旅行者号”在经过几次“引力弹弓”加速后，每次速度都能大幅提高。
　　“旅行者号”携带了一定的燃料，用于不断对飞行姿态和轨道进行“微调”，借助多次“引力弹弓”加速作用之后，在45年间才能飞到如此之远的深空。
　　♦距离那么远，“旅行者号”能跟地球联络上吗？
　　“旅行者号”曾在上百亿千米外将遥远行星的照片发送回来，这就说明它们与地球是可以通信的。为什么与地球相距这么远，“旅行者号”还没“失联”？其实，它的通信方法很普通，就是用无线电通信，跟我们日常生活中的手机通信是一个原理。“旅行者号”的顶端装有一个外形酷似一口锅、直径达3.7米的抛物面天线，主要就是为了能跟地球之间收发无线电。
　　不过，我们去爬山的时候就很容易因为附近没有基站而找不到手机信号，茫茫宇宙中，信号是何等微弱，“旅行者号”天线再大也有极限，这就需要地球上有非常强大的天线，来接收“旅行者号”从宇宙深处发回的信号。
　　NASA于20世纪60年代开始建造深空网络（DSN），由直径达70米的巨大天线组成。后来用于“旅行者号”信号接收的3个主要站点，分别为“戈尔德斯通深空站”“马德里深空站”以及“堪培拉深空站”。这3个站点在经度方面分布均匀，可以避免因地球自转而产生的“通信盲区”，从而实现与“旅行者号”全天24小时的不间断通信。
　　近年来，中国科学家正在论证太阳边际探测的重要性和可行性，欧洲最近也提案了新的太阳边际探测器计划。今年3月，全国政协常委、中国探月工程总设计师吴伟仁在接受采访时曾表示，中国正在组织专家深化论证太阳系边际探测方案，计划于2049年实现100个AU（天文单位，1AU等于1个日地距离），也就是150亿千米远的深空探测。
　　“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”自古以来，仰望星空，人类对于宇宙的好奇心是代代相传、无穷无尽的。通过回顾飞行时间超过45年、飞行距离超过200亿千米的“旅行者号”飞船，我们再一次体会到了人类探索太空的初心和决心，空间科学和空间技术的完美结合。未来人类注定将离开地球母亲的怀抱，走向更深更远的宇宙空间，发现越来越多的星辰奥秘。
　　（据《科技日报》有删节）