43年飞行223亿公里的旅行者一号的动力从何而来?

吉吉科技展
2020-09-24
分类: 出行
标签: 飞机
禽书苗
2020-09-28

自人类有意识以来,就一直对浩瀚星空有着无限的好奇,幻想星河的对面有另一个广阔的世界。


到了现代,先进的科学技术让幻想变成可现实,人类终于摆脱了地球的桎梏,第一次体会到了宇宙到来的震撼。

随着时间的不断推移,初入宇宙时的震撼慢慢转变成了对未知的好奇,各种探索宇宙的方法和发明相继出现,这其中就有著名的“旅行者一号”探测器。


截止2020年6月8日,1977年9月5日发射的旅行者一号已经在宇宙中默默飞行了快43年的时间。此时距离地球约223亿公里,和地球单程通讯需要20小时36分钟,飞行速度约为55000公里每小时。

如果不算占据天然优势的帕克太阳探测器(24.7万公里每小时),那么“旅行者一号”绝对是人类最快的飞行器,同时也是距离地球最远的飞行器。


那么“旅行者一号”凭什么能飞这么远呢?或者说它究竟使用了什么动力,以至于能够在宇宙中43年飞了223亿公里呢?

我们都知道,火箭想要飞到宇宙中需要大量的燃料,所以随着火箭荷载的增加,所需要的燃料也在增加。


而化石燃料能量转化率很低,这也就意味着当火箭整体荷载到一定程度的时候,会出现即便将整个地球的化石能源都燃烧,也无法将它送出地球的情况。

为了跳出这个死循环,同时也为了让探测器能够飞得更远更快,科学家们想到了一个绝妙的方法,也就是飞船在进入宇宙之后,逐渐靠近某个引力稍大的星球,然后借助这个星球的引力将自己“抛”出去,就像人类扔链球一样。


采用这样的方法能够以极小的消耗,换取相当可观的加速度。更主要的是,如果抛一次不行,还可以继续换颗星球抛第二次、第三次。这种借力的方法被科学家们取了一个非常贴切的名字——引力弹弓。

20世纪70年代,科学家们发现太阳系外侧的四个行星——木星、土星、天王星以及海王星正在向太阳一侧靠拢,这种极为罕见的排列方式通常176年才会发生一次,而这个时候也是利用引力弹弓探索这四个行星绝好的机会。


为了不错过这次机会,NASA随即启动了“航海家计划”(Voyager program),旅行者一号和二号相继升空。

事实上,在最开始的时候科学家并未打算让旅行者一号和二号飞出太阳系,只是单纯的想让它们探测太阳系外侧四个行星,只是后来临发射的时候才想到将它们作为“地球名片”发射到宇宙深处,这才在它们身上放置了一些地球和人类的信息。


由于受到荷载的限制,将它们带入宇宙的泰坦Ⅲ型火箭并未给它们留很多的燃料,好在这两个探测器坚持飞到了木星,并利用木星的引力大大提高了飞行速度,以至于飞掠土星之后它们的速度已经达到了惊人的45公里/秒。

下图能够看到旅行者二号利用了四次引力弹弓,速度一次比一次快。


1980年11月,已经在宇宙中飞行了3年多的旅行者一号,在圆满完成了考察木星、土星等天体的科研任务之后,由于飞行轨迹的偏移,不得已结束了对太阳系外侧行星的勘探,转身朝着绚烂的宇宙深处飞去。

当然了,旅行者号们之所以能够飞得这么远和这么久,一方面得益于引力弹弓的帮助,另一方面在于使用了自身能量进行变轨和姿态修正。


而它们自身的能量都来自于一个使用了钚-238做燃料的同位素热电机,只要将钚-238衰变产生的热量转化为电能,那么就能够基本维持探测器的消耗。


值得一提的是,钚-238是一种有些奇特的放射性同位素,它的半衰期约为88年,不会对环境造成任何的污染,甚至具有极高的可回收性。正是因为具有这些特性,科学家们才最终选择了钚-238作为旅行者号的能源。

不过由于荷载极为严格,所以旅行者号们身上携带的钚-238大约只有几公斤。而根据NASA的推测,旅行者号目前剩余能量将会在2025年完全耗尽。


届时它身上携带的所有科学仪器将会全部关闭,并且彻底和地球失去联系,然后在孤独和寂寞中奔赴宇宙深处,成为人类文明在宇宙中存在过的证据之一。


科学点兵
2021-02-18

自1977年发射以来 旅行者一号已经在太空飘荡了42年 目前在距离地球219亿公里外的太空游荡说到这里 今天的问题来了 旅行者一号是用什么做动力才能跨越如此遥远的距离呢

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偶独傻笑
2020-10-03

自从人类意识到这一点以来,他们就一直对广阔的星空无限好奇,并想象银河对面还有另一个广阔的世界。
数码技术小辉
2020-10-02

惯性。因为太空中没有摩擦力,旅行者一号不需要动力,靠惯性就可以一直飞行下去。
life光
2020-10-03

旅行者一号已经在宇宙漂浮了43年,现在他已经到达了太阳系的边缘由于动力不足,也一直出不去太阳系。它飞行的动力,就是在开始的时候发射上的天空中的推动力,加上在航行的过程中带来的宇宙速度,从而让他在43年间一直在飞行。
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