
尽管困难重重,美国宇航局(NASA)的工程师们还是重新启动了自2004年以来被认为已停止工作的旅行者1号(Voyager 1)的一套推进器。
由于航天器现已进入深邃的星际空间,团队愈发担心其当前使用的推进器可能很快就会失效,因此决定进行修复。在漫长的通信中断之前,团队争分夺秒,大胆而复杂地尝试恢复休眠系统。他们的创新理论取得了成效,将这一几乎被遗忘的系统及时转变为拯救任务的备用系统。
重启“已死亡”的旅行者1号推进器
美国国家航空航天局(NASA)位于南加州的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)的科学家们在工程技术方面取得了卓越成就,他们重新启动了旅行者1号(Voyager 1)上的一套推进器,而这套推进器自2004年起就已停止工作。二十年来,人们一直认为这些推进器已无法再使用。要让它们恢复工作绝非易事——这既需要巧妙的构思,也要承担一定的风险,但研究团队需要一个可靠的备用推进器。这是因为目前使用的主要推进器出现了因残留物而堵塞的迹象,可能今年秋天就会停止工作。
时间至关重要。美国宇航局需要在 5 月 4 日之前重新启动这些备用推进器,负责向“旅行者 1 号”及其双胞胎“旅行者 2 号”发送指令的强大的地面天线将在 5 月 4 日按计划进行为期数月的升级,期间将无法工作。
星际滚动控制的导航
两艘旅行者号探测器均于 1977 年发射,目前正以每小时约 35,000 英里的速度在星际空间中飞行。为了与地球保持联系,它们使用小型推进器来调整方向,确保天线精确对准地球,从而能够发送和接收信号。
每个“旅行者”号都配备了一组主推进器,用以控制其在多个方向上的运动,同时还配备了用于特定类型运动(即滚动运动)的独立推进器。从地球的角度来看,这种滚动就像天线像黑胶唱片一样旋转。这种细微的运动有助于航天器锁定一颗导航星,以保持正确的对准状态。
航天器还配备了用于翻滚控制的备用推进器。第三组推进器最初用于行星飞越,并于 2018 年和 2019 年重新启用。然而,这些推进器无法进行翻滚调整,这对于维持与地球的通信至关重要。
推力器故障及备用策略
为了处理推进器中堵塞的管道,工程师们切换了两艘“旅行者”号探测器的主推进器、备用推进器和轨迹推进器。但在“旅行者1号”上,两个小型内部加热器失效后,主滚转推进器于2004年停止工作。工程师们断定损坏的加热器很可能无法修复,于是决定仅依靠“旅行者1号”的备用滚转推进器来确定星体跟踪器的方向。
“我认为当时,团队接受主滚动推进器不工作的情况是没问题的,因为他们有一个性能良好的备用推进器,”负责管理 NASA 此次任务的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的“旅行者”号任务经理卡里姆·巴达鲁丁(Kareem Badaruddin)说道。“坦白说,他们可能认为‘旅行者’号无法再继续飞行 20 年了。”
新理论重燃旧希望
但是,如果不能控制航天器的滚动运动,将会出现各种问题,可能会威胁到任务的执行,因此工程团队决定重新检查2004年发生的推进器故障。他们开始怀疑,控制加热器电源的电路发生了意外的变化或干扰,导致开关被拨到了错误的位置。如果他们能将开关拨回原位,加热器或许就能再次工作,这样他们就能重新启动主滚动推进器并在2004年以来一直使用的备用滚动推进器完全堵塞的情况下使用它。
在时间紧迫的情况下冒险重启
这个问题需要一番思索。团队必须启动休眠的滚转推进器,然后尝试修复并重启加热器。如果在此期间,航天器的恒星追踪仪偏离导星太远,长期休眠的滚转推进器将自动启动(得益于航天器的程序设计)。如果加热器在推进器启动时仍未启动,可能会引发小爆炸,因此团队需要尽可能精确地对准恒星追踪仪。

为什么一根天线就能扭转局势
这将是一场竞赛,团队面临额外的时间压力:从2025年5月4日至2026年2月,美国宇航局深空网络的一部分——位于澳大利亚堪培拉的深空站43(DSS-43)将进行升级。该站拥有一个230英尺宽(70米宽)的天线。在此期间,该站大部分时间将处于离线状态,仅在8月和12月有短暂的运营时间。
虽然为了确保随着地球自转能持续与航天器保持联系,深空网络(Deep Space Network)在全球等距设置了三个通信综合设施(除澳大利亚之外,还有加利福尼亚州的戈德斯通和西班牙的马德里),但DSS-43是唯一拥有足够信号功率可向旅行者号发送指令的天线。
“这些天线升级对于未来载人登月任务至关重要,同时它们也提升了我们深空科学任务的通信能力,其中一些任务是在‘旅行者号’发现的基础上进行的,”美国宇航局深空网络管理局、喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)行星际网络(Interplanetary Network)主任兼“旅行者号”项目经理苏珊·多德(Suzanne Dodd)说道,“我们之前也经历过这样的停机时间,所以我们正在尽可能多地做准备。”
该团队希望确保这些长期处于休眠状态的推进器能在 8 月份该天线短暂恢复正常运行时可以使用,届时旅行者 1 号目前正在使用的推进器可能会完全堵塞。
20 年前的一次长远投资如今有了回报
前期的准备工作取得了回报:3月20日,团队观察到飞船执行了他们的指令。由于“旅行者号”距离地球十分遥远,无线电信号从飞船传回地球耗时超过23小时,这意味着团队观察到的一切都是几乎一天前发生的。如果测试失败,“旅行者号”可能已处于危险之中。但在20分钟内,团队观察到推进器加热器的温度急剧上升,并意识到他们成功了。
“那真是激动人心的时刻。那天,大家的士气都非常高昂,”喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)负责此次任务推进系统的托德·巴伯(Todd Barber)说道。“这些推进器已被认定报废。这个结论合情合理。只是我们的一位工程师独具慧眼,发现了另一种可能的原因,而且这个问题是可以修复的。对旅行者号来说,这又是一个奇迹般的挽救。”
有关“旅行者号”的更多信息
旅行者1号和2号是美国宇航局(NASA)标志性的深空探测器,于1977年发射升空,用于研究外行星——木星、土星、天王星和海王星。现在,旅行者1号距离地球约150亿公里,旅行者2号距离地球约130亿公里,这两艘航天器是人类历史上飞得最远的人造物体。
在完成行星探测任务后,两艘“旅行者”号探测器均成为首个也是唯一一个进入星际空间并从星际空间传输数据的航天器——星际空间是太阳系行星以外和日球层顶(太阳的粒子与磁场构成的保护泡)以外的广阔区域。它们的持续旅行继续为我们提供了有关太阳系附近遥远边界的开创性见解。
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