成功切换!人类最遥远探测器旅行者1号启动几十年未使用的推力器

科技   2024-09-25 15:16   上海  

据2024年9月16日报道,为了解决与地球通信的潜在问题,NASA启动了旅行者1号几十年未使用过的一组推力器。这项突破性的操作延续了旅行者1号的任务寿命。NASA的旅行者1号已航行47年,距地球240亿公里远。

1977年9月5日,当旅行者1号发射进入太空时,没有人想到该航天器至今仍能运行。

由于旅行者1号的任务寿命非常长,它的组件在太阳系以外的寒冷外围地区逐渐老化,因此遇到了一些故障,需要NASA喷气推进实验室灵活处理。

该探测器在日光层之外运行,太阳的磁场和粒子气泡比冥王星轨道还远,在那里旅行者1号的仪器直接对星际空间进行采样,帮助科学家了解日光层的彗星形状,以及如何保护地球免受星际空间中的高能粒子和辐射的影响。

今年初,旅行者号推力器内的毛细管被堵塞,无法产生足够的推力来保持航天器姿态稳定,使其天线指向地球,进行通信,否则旅行者1号无法接收地球指令以及把数据传回地球,导致任务结束。

任务团队必须向航天器发送命令才能切换到另一组推力器工作,但解决方法并不简单。

旅行者1号概念图

反复出现的故障

近几十年来,这并不是旅行者1号第一次需要改用另一组推力器。幸运的是,飞船拥有3组推力器:2组姿态控制推力器和一组专用于轨道修正的推力器。

旅行者1号分别于 1979 年和 1980 年飞越木星和土星等行星时,让推力器工作。

现在,航天器正在远离太阳系的轨道上行驶,为了保持天线指向地球,需要一组推力器脉冲每天工作 40 次。

随着时间的推移,工程师发现推力器内的毛细管可能被二氧化硅堵塞,二氧化硅是推进剂贮箱橡胶隔膜老化的副产品。当推力器堵塞时,推力就会减少。

2002年,当第1组姿态控制推力器出现堵塞迹象时,工程师命令旅行者一号切换到第二组姿态推力器。工程师们在2018年由于第二组也出现了堵塞再次切换到轨迹修正推力器组。

但当工程师最近检查旅行者1号轨道修正组推力器的状态时,这组比之前2组推力器的堵塞程度还要严重。

6年前,当团队最初将旅行者1号改用轨道修正推力器时,毛细管直径为0.25 毫米。但现在,根据 NASA 的数据,堵塞已将管路可用直径缩小到0.035 毫米,即人类头发丝宽度的一半。是时候切换到另一组姿态推力器了。

切换推力器具有挑战性

随着旅行者1号和旅行者2号的老化,任务团队为了省电,逐渐关闭了2个航天器上的非必要系统,比如加热器。因此,旅行者1号上的组件现在处于更冷环境。

要想让旅行者1号切换到姿态控制推力器,需要预热措施。

然而旅行者1号没有足够的电力在不关闭其他设备的情况下重新启动加热器,而且其他科学仪器设备非常有价值。万一关闭,可能就无法重启工作。

经过分析,任务团队可以将1个主加热器关闭大约1个小时,期间打开推力器加热器并安全地进行切换。

这个计划奏效了,到2024年8月27日,旅行者1号又重新依靠推力器工作,保持天线指向地球,实现通信。

任务团队已采取措施减少推力器的使用,预计推力器还能再使用2~3年。

一旦这组推力器失效,旅行者1号剩下的选择只有使用另一组已经堵塞的姿态控制推力器。

旅行者2号也分别在1999年和2019年经历过推力器切换,当时的情况比旅行者1号更顺利些,旅行者2号已距离地球200亿公里远。

这些长寿探测器收集的信息正在帮助科学家了解日光层的彗星形状,以及它如何保护地球免受星际空间中的高能粒子和辐射的影响。

参考文献

[1]    47-year-old Voyager 1 spacecraft just fired up thrusters it hasn’t used in decades | CNN[EB/OL]. [2024-9-24]. https://www.cnn.com/2024/09/16/science/voyager-1-thruster-issue/index.html.





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