导语:如今我们的人造探测器中,飞的最远的就是旅行者一号,48年的时间,飞了1光日的距离(260亿公里),它的动力来源于哪儿?
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众所周知,航天离不开燃料的支持,只有燃料足够,探测器在太空中才能随心所欲的变速。
就比如嫦娥六号去月球挖土,它就需要消耗足够的燃料。
速度突破第一宇宙速度,绕着地球转圈的半径越来越大,这时候再利用燃料反推,速度减弱,被月球引力捕获。
返回的时候也是如此,先挣脱月球的引力束缚,再回到地球的怀抱。
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那么旅行者一号呢?它17km/s的速度永久飞下去,动力来源于哪儿?
这艘仅重815kg的探测器已连续飞行48年,成为我们人类飞得最远的人造物体。
在没有空气、缺乏太阳能的星际边缘,它为何能持续运转并不断远航?
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答案就藏在两种堪称航天黑科技的动力系统中。
放射性同位素发电,还有行星引力弹弓效应赋予的永恒动能。
旅行者一号跟依赖太阳能电池的近地探测器不同,飞出火星轨道后,太阳辐射强度仅为地球轨道的几十分之一,这时候太阳能电池板就完全失效了。
旅行者一号采用的是核电池技术,以半衰期87.7年的钚-238为燃料,通过放射性衰变持续释放热量。
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钚衰变产生的阿尔法粒子,与外壳碰撞,可以使温度稳定在500°c,与零下200°c的宇宙空间形成巨大温差环境。
温差通过塞贝克效应转化为电能。
核聚变是旅行者一号的电力源泉,引力弹弓效应是推动旅行者一号远航的免费引擎
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要摆脱太阳引力束缚,探测器需达到每秒17.2km/s的第三宇宙速度。
旅行者一号发射时,速度仅达到第二宇宙速度,无法直接飞出太阳系。
要想达到第三宇宙,消耗的燃料将非常非常多。
于是,科学家就巧妙的利用1977年木星,土星,天王星,海王星四颗超大质量气态行星排成队列的罕见天象,为旅行者一号设计了借力加速的轨道。
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引力弹弓效应,就是利用行星引力和公转动能为探测器加速,如同把行星当作宇宙弹弓。
旅行者一号接近木星时,这颗巨行星的强大引力先将它捕获,使它沿双曲线轨道绕行。
由于木星本身以每秒13公里的速度绕太阳公转,探测器在脱离木星引力时,会被甩出去并获得两倍于木星公转速度的增量。
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1979年,旅行者一号飞掠木星后,它的速度显著提升,随后在1980年借助土星引力完成第二次加速,最终突破第三宇宙速度,获得了摆脱太阳引力的永恒动能。
两次借助行星的动能加速,让旅行者一号在1980年耗尽携带的化学燃料后,依旧可以以恒定速度向星际空间飞驰。
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如今,旅行者一号已进入太阳系边缘的日球层顶区域。
这里太阳风与星际介质交汇,环境极端恶劣。
核电池产生的功率已降至300瓦以下,科学家通过关闭部分非关键仪器,使它跟地球维持通信和核心任务。
引力弹弓赋予的动能,让它无需额外燃料就可以持续航行。
未来旅行者一号将成为首个真正飞出太阳系的人造物体。
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旅行者一号的动力设计,是我们人类航天工程的巅峰之作。
核电池的持久供电与引力弹弓的巧妙借力,完美解决了深空探测的能源与速度难题。
它不仅带着我们的问候驶向宇宙深处,更用48年的持续飞行证明,智慧的设计能让有限的技术突破无限的空间边界。
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当我们在地球接收它从1光日外发回的微弱信号时,感受到的不仅是科技的力量,更是我们探索未知的永恒渴望。
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