03.04 美國旅行者1號飛行器到底有多厲害?

白小金


旅行者一號和旅行者二號是美國國家航空航天局(NASA)研製的無人外太陽系太空探測器。

旅行者一號於1977年9月5日發射,到現在大體仍然在運行,只是有些功能失效了。已經在外太空工作了四十多年,四十多年,四十多年,是距離地球最遠的人造飛行器。



旅行者二號於1977年8月20日發射,比一號還要早,現在仍然在正常運作,是有史以來運行時間最久的宇宙空間探測器。離地球距離僅次於旅行者一號,排名第二。



旅行者一號創造了許多人類之最。

旅行者一號是距離地球最遠的人造飛行器。

旅行者一號是第一個離開太陽系的人造飛行器。

由於幾次引力加速,旅行者一號的飛行速度比現在任何一個飛行器都要快,甚至超越了早它兩個星期發射的旅行者二號。已經達到第三宇宙速度16.7km/s。

旅行者一號以三塊放射性同位素熱電機作為動力作為動力來源。這些發電機目前已經大大超出了設計壽命。

這兩個太空飛行器現在仍然通過深空網絡向地球發射其周圍的信息,用於科學研究。


航空筆記


答:NASA在1977年發射了旅行者一號和二號兩艘星際探索飛船,直到40多年後的今天,這兩艘探測器都還在和地球保持聯繫,只是電量即將用完而已。


旅行者一號和二號幾乎是一樣的,兩個探測器在很多方面有著先進的技術,直到現在其他國家都難以達到,比如下面幾點。

一、先進的空間航行技術

之所以NASA會在1977年,連續發射兩顆一樣的星際探測器,是因為當時太陽系內的行星,會形成176年一遇的特殊排列,利用此次天文現象,探測器可以藉助多顆大行星進行引力加速,從而大大降低發射速度。

比如,旅行者一號藉助了木星和土星進行引力加速,旅行者二號藉助了木星、土星、天王星和海王星進行引力加速;這樣的話,就算探測器離開地球時達不到太陽系的逃逸速度,在藉助行星引力加速後,也能達到逃逸速度後飛出太陽系。

NASA厲害在兩顆探測器都成功了,精確地按照計劃路線行駛,這樣的空間導航技術和空間航行技術,是領先其他國家很遠的;比如日本在1998年發射的希望號火星探測器,剛飛出地球就偏離了航道,後來又被太陽耀斑摧毀,俄羅斯的很多空間探測器均以失敗而告終。


二、先進的核電池

旅行者一、二號使用兩塊,半衰期為87.7年的放射性鈈-238同位素溫差核電池供電,經過40多年後還能使用,只是電量快沒了而已,這項技術是非常先進的。

就拿嫦娥四號使用的同位素溫差核電池來說,核電池是從俄羅斯進口的,主要目的是在夜間給探測器加熱,其次才是輸出只有2瓦的電能,主要的電能是太陽能來提供;放射性元素衰變會釋放能量,把核電池作為熱源和作為主供電,技術水平上相差太多。


三、先進的星際通訊技術

目前旅行者一號距離地球216億公里,旅行者二號距離180億公里,通訊時差十幾個小時;如此遠的距離上,要保持和地球間的通訊,這項技術相當厲害。


四、高質量設備

四十多年前的探測器,還能完好地運行,探測器CPU是因特爾4004,主頻0.108MHz,內存只有68k,運算能力連現在的一個掌上計算器都比不上。

但是四十多年過去了,旅行者號的電子設備還能正常發揮作用,可見質量之高,就拿2011年我國螢火一號火星探測器,搭乘在俄羅斯的福布斯號上,結果還沒飛出地球,福布斯號就失聯了,最後墜毀在大洋中。

後來事故報告結論,說俄羅斯的福布斯號上一塊不合格的芯片,遭遇宇宙高能射線而失效;四十多年前的旅行者一號,能在宇宙空間中飛這麼遠,俄羅斯的探測器還飛不出地球,質量水平高低立見!

但是旅行者一號和二號,各自擁有的兩塊核電池,也將耗盡能源,預計在2020年關閉所有儀器只保留通訊,在2025年耗盡所有電量。


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艾伯史密斯


每艘旅行者號航天器由65000個部份組成。其中許多部件具有大量的等效小部件,比如晶體管。旅行者一號包含大約500萬個等效部件,一臺彩電包含大約2500個等效部件,因此旅行者一號擁有相當於2000臺彩電的等效電路複雜度。



每個旅行者都配備了自動故障保護的計算機程序。旅行者系統是為深空探測器設計的最先進的系統之一。有七個頂級故障保護程序,每個程序都能夠覆蓋多種故障類型。旅行者一號有專門的設計和保護,以抵禦穿越行星期間巨大的輻射。木星周圍受到的輻射水平是致命性水平的一千倍。

旅行者一號拍攝到的木星大紅斑

旅行者一號的星空攝像機的分辨率極高,足以在1公里之外閱讀一張報紙的所有部分,包括標題,小字,還有廣告中的小字……這是攝像方面,大家平時看到的旅行者一號拍攝到的圖片都是壓縮過的。另外,除非旅行者一號出現嚴重的子系統故障,否則旅行者一號可能一直會活到2025年……



旅行者一號告別天王星

其實最關鍵的還是人類的情懷……旅行者一號攜帶著一張舊唱片,裡面有關於地球及其居民的圖像、音樂和信息。它就好像一個漂流瓶,裡面裝了很多信息,被扔進了浩瀚的宇宙海洋。旅行者號的任務還在繼續,按照速度估計,每2.25億年繞銀河系一週,途中可能會遇到其他星系。


宇宙與科學


在寒冷的太空中航行並工作41年,超出設計工作壽命36年,飛行了將近220億公里,探索了木星、土星等太陽系外側天體及其部分衛星,足以說明它的厲害。

旅行者1號是美國1977年發射的探測器,重815公斤,設計工作壽命5年,最初任務是探測土星木星及其衛星,經過精確的計算,充分利用了行星的引力彈弓效應,利用攜帶的同位素溫差電池作為能量來源,經過多次變軌,到達了預定的探索星球,但在掠過土星的時候發現土衛六擁有濃密的大氣,於是NASA決定讓它飛臨土衛六進行探測,連帶著探測了另兩顆土星衛星,由於引力影響,不得已終止了行星探測任務向著太陽系外飛去,任務也修改為探索日球層的頂部。

旅行者1號最引以為傲的可能就是它的使用壽命,儘管早已超出了設計壽命,但是在陸續關閉了一些對探測任務不太重要的設施後,依然可以繼續向地球發射信號,向地球傳輸了大量的信號,但由於傳輸距離實在遙遠,旅行者1號也不是一直在和地球聯繫著,中間也曾休眠靠著慣性持續向外飛行,在飛躍200億公里後,旅行者1號探測到的宇宙信號發生了變化,太陽風的影響也降到了最低,據推測它已經飛離了日球層進入了星際介質,但依舊沒有飛出太陽系,證實了一些科學家對太陽系範圍的推測。

目前旅行者1號仍有電力發送信號,但也已經接近壽命終點了,預計到2028年左右,電力將不足以供應任一單一儀器,將靠著慣性繼續向外飛。


來看世界呀


要說旅行者1號的厲害之處,首先,它是離太陽和地球最遠的人造物體。目前,旅行者1號與太陽和地球的距離大約都是214億公里,相當於19.8光時,這意味著宇宙中速度最快的光走完這段距離需要將近20小時。

其次,旅行者1號已經離開地球長達41年,它至今還能正常運行。這艘無人探測器攜帶的核動力系統可以持續供電長達半個世紀,所以旅行者1號目前還能與地球上的深空網絡保持聯繫。儘管旅行者1號的信號發射功率與普通家用LED燈相當,只有20瓦,並且傳播到地球上後衰弱到10^-22瓦,但得益於旅行者1號的高增益天線和地面的深空網絡,天地還能繼續保持通信,只是信號傳播回來或者發射出去需要將近20個小時。

至於題主在問題描述中所說的情況,由於太空十分空曠,旅行者1號幾乎不可能會撞上小天體。而對於大天體,科學家在一開始就已經設計好軌道,使旅行者1號不會撞上。

另外,需要注意的是,旅行者1號還在太陽系內,它只是離開了太陽風層頂。廣義太陽系半徑最少也有1光年,旅行者1號還要將近兩萬年的時間才能飛出。


火星一號


旅行者一號到底多牛,就以拍照為例簡單聊一下。

旅行者一號和二號前後腳發射,至今已飛行了41年,還在工作,目前推測應該是飛出了太陽系,是人類發射的距離地球最遠的探測器。

在40多年前,設計和製造旅行者一號的時候,那時還沒有CCD,也沒有現在習以為常的各種先進的數字成像技術。

但旅行者上的寬幅成像相機大概背了1024*1024陣列的攝像管傳感器,每個攝像管用8字節記錄信息,當時只有黑白成像功能,為此,攝像管還增加濾波器,每次拍照只允許一定波長進入,這樣多次拍照就可以合成為彩色。

這樣,每張圖依然很大,實際成像大概5M左右,還要考慮多個頻段多張圖合成問題,於是還要進行壓縮,並儲存起來,當時也沒有硬盤,通訊能力十分也有限,只能排隊傳回地球。即便就在這種情況下,旅行者一號還是為我們貢獻了大量的美圖,尤其是天王星和海王星,這是人類第一次也是唯一一次看到它們的真實面目。

(以上內容來自網絡)





震長


1977年9月5日旅行者一號發射,自此開啟了自己的太空之旅。旅行者一號先後到訪過木星和土星,以及它們的衛星。驗證了這些衛星上面存在地下海洋,有可能會有生命存在。



雖然以目前我國的技術來看,旅行者一號的技術並不是很難實現。但如果反回1977年,那旅行者一號的技術可謂最頂尖的。要知道在1970年我國才發射了第一顆太空衛星東方紅一號。而1977年還在用長征二號火箭研究衛星返回技術,所以太空旅行對於那時的我們來說,基本上就屬於高不可及的技術。當然了,雖然現在我們想要實現旅行者一號的技術並不難,但其實對於世界上其它地方的國家來說就有點難度了。除了美國、俄羅斯、蘇聯外,其它國家想要實現深空探測,都有點費勁。



如果非要說旅行者一號的一些厲害之處,那排在首位的就是旅行者一號的耐用性。一臺機器運行41年還會出現各種問題,而旅行者一號則是在極強的太空射線干擾情況下竟然足足無障礙運行了41年,這讓我們不得不佩服當年美國航天器件製造的耐用性。再看看我們的手機,多數都是一兩年就不行了,什麼時候可以做到使用幾十年,那就厲害了。



其次就是美國的同位素溫差發電機,真的是電量耐用。足足運行了41年,遠超我國的嫦娥系列月球探測器。所以這方面我們還有需要向美國學習技術。



總之,不論怎麼樣,旅行者一號作為人類第一顆有望飛出太陽系的探測器,還是值得我們永久記憶的。


科學探秘頻道


到底多厲害,旅行者一號於1977年9月5日在美國佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地發射升空,至今已經連續飛行了41年,並且,直到現在還依然與地球保持著聯繫。

美國利用他們的深空通訊網絡(DSN)與一些飛離地球較遠的探測器保持聯繫。DSN已經有50多年的歷史了,它在創立之初是服務於美國軍隊的,但後來移交給了NASA,成為了NASA在進行深空任務時的通訊站。

深空通訊網絡在全球三地設有通訊基礎設施,一處在美國加州,另外兩處在西班牙馬德里、澳大利亞堪培拉。可以保證深空通訊網絡(DSN)不受地球自轉影響,始終可以保證與探測器們的聯繫。

2017年11月28日,NASA的工程師們通過深空通訊網絡向遠在211億公里外的旅行者一號發射指令,命令旅行者一號短暫開啟4個備份推進器,以表明旅行者一號運轉正常。

信號的單程傳輸時間需要19個小時零30分鐘,NASA的工程師們焦急的、連續的等待了一天多的時間,終於等來了旅行者一號的回信:沉睡37年的航跡修正推進器(TCM)啟動10毫秒運轉正常。雖然僅僅啟動了10毫秒,但足以顯示出如今的旅行者一號除了電量不足外,“身體”還算健康。

然而電量總有耗盡的一天,那時候的旅行者一號將失去與地球的聯繫,漫無目的的遊蕩在星際空間中,期待被“誰”撿起來!


科學船塢


說實話,老美的東西確實厲害,別說旅行者一號是四十年前發射的,哪怕是放在今天,那也是相當高級的太空探測器。


首先我們必須承認美國人牛,確實厲害。早在上個世紀六十年代末信息技術還不發達的時候,美國人就率先將宇航員送上了太空,直到50年後的今天,也沒有第二個國家做到這一點。這不可以說不是一種領先全世界,不僅在登陸月球上美國遙遙領先全世界,在整個航天領域,美國都是唯一的超級大國。

1977年,美國先後發射了旅行者二號以及旅行者一號太空探測器,而它們都有著一個共同的目的,那就是飛出太陽系,飛向全宇宙。旅行者一號的目的地是遠在四光年之外的半人馬座三星系統,目前為止,它仍舊是人類有史以來飛得最遠的飛行器,雖然飛了41年了,但是現在也才剛剛飛到太陽系的邊緣,想要飛到四光年之外的半人馬座三星系統,或許需要幾萬年的時間。但是不可否認的是,旅行者一號的成功發射是有著劃時代意義的。


旅行者一號現在距離地球大約17光時,也就是說從地球上發射一條信息到旅行者一號收到這條信息,需要經過17個小時的傳輸。那麼說到旅行者一號的厲害之處,就不能不提到它先進的星際通訊技術了。要知道旅行者一號目前距離地球有210億公里,這麼遠的距離,再強烈的信號,傳輸到旅行者一號所在之處,也會變得非常微弱,所以旅行者一號上面配備了一個長度為3.5米的天線,以確保可以成功接收到信號。

除此之外,旅行者一號搭載的核電池也值得一提。在40年前,這項技術可以說還算不上非常成熟,原本設計的時候,也沒有想到旅行者一號可以工作這麼長時間,旅行者一號的超長待機,可以說正是得益於先進的核電池。旅行者一號的重量有815千克,功耗有420瓦,工作了40餘年,到今天還可以正常工作並且與地球保持聯繫,可想而知那個核電池該是有多麼先進。


截止到2018年11月,旅行者一號還可以與地球保持正常的聯絡,未來就算是有飛行器飛到了它的前面,它的地位都是無可替代的。它是第一個提供了土星、木星以及它們衛星詳細照片的探測器,也是第一個穿越太陽圈進入星際介質的宇宙飛船。實際上旅行者一號搭載的很多設備現在都不再工作了,預計到2020年的時候,它就會開始關閉科學儀器。而到2025年前後,其核電池的電量將會耗盡,到時候就再也無法和它聯繫了。


鏡像科普


美國旅行者1號作為1977年9月 15日發射的航天器,截止2019年仍在工作,它是第一個離開太陽系的人造飛行器。得益於數次引力加速,旅行者1號飛行速度也超過以往飛行器,它也是有史以來距離地球最遠的人造飛行器。從以上幾點足以窺見美國旅行者1號的厲害之處

圖、旅行者1號發射後的軌跡示意圖,1981年它經過土星後,一直向蛇夫座前進

1960年代,NASA提出行星旅行計劃,用以探測外行星。旅行者1號由噴氣推進實驗室負責研製,其擁有16個聯氨推進器、三軸穩定陀螺儀和將探測器的無線電指向地球的儀器。系統還包括大多數設備的冗餘單元和8個備用推進器。旅行者1號的通信系統還被設計為達到和超越太陽系的極限,通信設備包括一個拋物面高增益天線,直徑達3.7米。通過地球的三個深空網絡站發送和接收無線電波。


美國旅行者1號現在沿著雙曲線軌道飛行,並達到了第三宇宙速度。這表示旅行者1號的軌道再也回不到太陽系,也無法聯繫先驅者10號,成為一艘真正意義上的星際航天器。旅行者最初的目標是探測木星和土星及其環。現在的任務則轉換為探測太陽風頂和對太陽風進行粒子探測。

什麼動力驅動旅行者1號有如此卓越表現呢?

工程師們給旅行者1號準備了三塊放射性同位素熱電機,而這些發電機已經遠遠超過了設計壽命。目前推測,旅行者1號能在2020年前和地球保持聯繫。鈈核電池能支撐搭載的科學儀器工作至2025年。到2036年,旅行者1號通訊信號將完全消失。電池耗盡後,旅行者1號仍會向銀河系進發,但不會向地球發回信息。


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