问题

如何看待最近旅行者一号的重启?

回答
听到旅行者一号最近“重启”的消息,这确实让人激动,也引发了不少讨论。要理解这个事儿,咱们得先回到它刚启动那会儿,再看看它现在遇到的情况,以及这次“重启”到底意味着什么。

旅行者一号,一颗孤独的探险者

首先,得说说旅行者一号本身。这玩意儿是1977年8月20日发射的,它的任务原本是近距离探测木星和土星,顺便带上“旅行者计划”的另一位成员——旅行者二号。但旅行者一号它不一般,它飞得又快又远,比二号更早地完成了对那两颗大行星的探测,并且一路向着太阳系的边缘进发,最终在2012年8月25日,成为了人类历史上第一个进入星际空间的探测器。

想象一下,一个比我们地球还古老,甚至比我们大多数人年纪都大的设备,孤独地在漆黑一片、寒冷异常的宇宙深处航行,它携带的设备都是几十年前的设计,它所处的环境更是我们难以想象的。这么多年来,它不仅传回了大量珍贵的科学数据,更是承载了人类对未知宇宙的无限好奇和探索精神。

“失灵”了,但还在努力“活着”

这次大家关注的“重启”事件,其实是针对旅行者一号近期出现的一个异常现象。简单来说,它负责发送科学数据的“飞行数据子系统”(FDS)出现了问题。这个FDS就像是它大脑里的一个重要部分,负责收集、处理和打包科学数据,然后通过通信子系统(CCS)传回地球。

具体表现是,FDS虽然还在工作,但它发送回来的数据包却是混乱、不可读的。就像一个人精神正常,但说话语无伦次,说不出完整有意义的话来。工程师们在地球上尝试了很多方法,比如让它重新启动、发送指令让它检查自身状态等等,但都无法彻底解决这个问题。

“重启”是怎么一回事?

所以,这次的“重启”并不是说它彻底熄火了,然后我们又给它加了点油让它重新启动。更准确地说,它是一个“局部修复”或者“系统重定向”的过程。

旅行者一号在设计之初,就考虑到它将要面对极端恶劣的环境,以及长期运行可能出现的故障。所以,它内置了一些“自我修复”或“备用”的机制。这次工程师们尝试的,就是利用其中一个“备用”功能。

这个备用功能叫做“载体数据子系统”(CDS)。你可以理解为,FDS就像是一个主要的“数据处理中心”,而CDS是一个次要的、在主中心出现问题时可以接管一部分功能的“辅助处理中心”。

工程师们通过一系列复杂的指令,让FDS不再直接打包科学数据,而是把数据先传给CDS,让CDS来打包。然后,CDS再把打包好的数据通过通信系统传回地球。

为什么说这是“重启”?

之所以称之为“重启”,是因为这个过程确实让旅行者一号开始“恢复”了一部分正常功能。在实施了这种“CDS重定向”之后,它开始传回了一些可读的、有意义的科学数据。尽管可能不像原来FDS那样完美,但至少让工程师们重新看到了希望,能够继续分析它的状态,甚至可能修复FDS本身。

这就像是一个精密的机器出了点小毛病,工程师不能直接修好那个坏掉的零件,但他们找到了一个办法,让机器的另一个部分也能临时替代那个坏掉的部分工作,让机器还能勉强运转起来。

这次“重启”的意义

这次“重启”的意义重大,至少有这么几点:

延长任务寿命的可能: 核心问题是FDS,如果能通过CDS的“曲线救国”,让旅行者一号继续传回科学数据,那就意味着它的寿命还能延长。毕竟,它现在正好处在一个非常关键的星际空间区域,对我们了解太阳风层顶、星际介质的性质至关重要。
技术上的胜利: 旅行者一号的设计已经非常老旧,但它所展现出的鲁棒性(抗干扰能力)和工程师们在高风险、长距离通信环境下解决问题的能力,都堪称奇迹。这次的“重启”再次证明了人类工程学的伟大,以及对复杂系统的深刻理解。
对未来深空探测的启示: 旅行者号是几十年前的设计,而我们现在正在进行的深空探测任务,比如前往火星、探索小行星等等,其技术水平已经远超当年。但旅行者号的经历告诉我们,设计时考虑到故障和冗余,以及拥有远程修复和调整的能力,对于任何一个要走向遥远未知世界的探测器来说,都是多么重要。这次的“重启”经验,无疑会为我们未来设计更先进的深空探测器提供宝贵的借鉴。
人类精神的象征: 别忘了,旅行者一号还携带了一张“金唱片”,里面包含了地球上的声音、音乐和图片,是送给宇宙中可能存在的智慧生命的礼物。它就像是人类文明的一个代表,在孤独地向宇宙深处航行。这次的“重启”,也让我们感到,人类并没有放弃这个承载着我们梦想的使者,还在努力让它继续“讲述”我们的故事。

总结一下

所以,与其说旅行者一号被“重启”了,不如说我们找到了一种方法,让它在经历了“故障”之后,能够重新以一种新的方式开始工作,继续履行它的使命。这是一种在极端困难条件下,工程师们智慧和毅力的体现,也是人类探索未知宇宙永不止步的证明。

当然,这并不意味着问题就完全解决了。FDS依然是个谜团,而旅行者一号也随时可能面临新的挑战。但此刻,我们能够再次接收到来自这位星际探险家的声音,这本身就已经足够让人欣慰和激动了。它还在那里,它还在前行,它还在为我们传回遥远的宇宙信息。

网友意见

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尘封了37年、远在211亿公里之外的旅行者一号推进器,被成功唤醒!

2017年12月6日北京时间04:17分,美国深空通讯网(DSN)实时工作状态 (©NASA/太空精酿)


笔者查询了NASA的深空通讯网三大基地的工作状态,恰好位于美国的Goldstone的14米口径深空通讯天线正在尝试与旅行者一号建立联系。它们基本每天都在保持与旅行者一号和二号的通讯。

旅行者一号已经在太空中旅行了40年3个月又9天的时间。现在它距离我们实在太过遥远,即便是每秒钟三十万公里旅行的电磁波也需要经过19个小时35分钟才能抵达,而等它反应过来并回复地球,就已经是39个小时之后了。地球与旅行者一号的距离,目前是,


21135668081458


谁也不曾想到,这个原计划只工作两年就算完成任务的探测器,竟然一直工作了40年,而且按照它现有的状态还能再工作10年!

它的秘密是放射性同位素钚238不断衰变产生的热量发电,这种原子弹副产品的核电池半衰期高达88年。

持续释放热量的钚238金属块 ©NASA


而早在1980年,旅行者一号在探测土星的任务时,几乎用尽了主推进器和四个备用推进器的所有能量,还是无法抵抗土星最大卫星土卫六的巨大引力影响,结束观察它时被甩出太阳系黄道平面,再也无力反抗。

不过人类并没有忘记它,40年来从未终止过跟这个星际使者的联系。

旅行者一号现在已经处在太阳系上方 ©NASA


NASA在11月28日刚刚做过一次测试,给旅行者一号发出命令:重启已经尘封了37年的推进器,工作哪怕只有10毫秒即可,证明相关仪器依然正常。

11月29日即将过去,地面人员在焦急的等待中终于迎来了旅行者一号的回复:

四个备份推进器全部启动10毫秒工作正常。


全场泪奔!


因为所有人都很清楚,这恐怕是这个星际使者最后的能量,这距离最后永远的一别越来越近。

而与此同时,它的亲兄弟旅行者二号,现在仍在太阳系的另外一个方向飞行,依然在正常工作。


两位旅行者是NASA前期最著名的星际旅行计划-水手计划(Mariner Program)的收官之战,在水手一号到十号的任务中,实现了金星和火星的全面探测,创造了很多第一。

而水手十一号和十二号就成为探测木星和土星的两个任务,它们任务目标相同:至少探测木星,尽量探测土星。后来这两个任务被改名为旅行者一号和二号。


结果到了任务快要发射的时间,NASA突然宣布:

我们决定让旅行者二号,在探测木星、土星之后,继续飞向天王星和海王星,最终冲出太阳系!


为了这个目标,原计划第二个发射的二号反而提前一步,在1977年8月20日世界协调时14点29分00秒准时乘坐巨大的泰坦三E火箭起飞。在发射过程中,火箭第二级工作时间比预计差了一秒,NASA的轨道专家们立即沮丧地说:我们只能到木星了。

不过幸运的是,泰坦三E的第三级和第四级火箭全力工作,帮助旅行者二号赶上了这个千载难逢的机会。

旅行者二号起飞的瞬间 ©NASA


说千载难逢有点夸张,但这个真实的数字是,175年!


航天器在深空旅行中几乎无法抵抗太阳的巨大引力影响,而必须借助各个行星挨个引力助推接力。但太阳系外侧行星的轨道周期实在太长,地球只需要一年就绕太阳一圈,但天王星却需要84年,而海王星更是需要惊人的165年。

实现木星、土星、天王星、海王星在太阳系大致同一侧、能遍访各个行星的机会,的确是175年才有一次!


旅行者二号遍访四颗行星的速度变化 ©NASA


从上图可以看出,只要低于蓝色的速度,航天器就会被太阳无情的减速并最终拖回来。因此旅行者二号必须实现一个又一个行星的精准接力,才能在访问它们的同时,最终被送出太阳系。


旅行者一号和二号的轨迹图,一号在土星后就被甩离太阳系,二号则继续拜访了天王和海王 ©NASA


可以说,旅行者二号创造的辉煌,对于最近的人类5代人而言,都是唯一一次在生命中可以见证的机会,下一次就到了2140年代,那是个对我们而言可以用科幻形容的未来。

而一号则没有它那么幸运,它不像二号对木星和土星只是浅尝辄止,而必须完成两兄弟最主要的使命:认真观察木星和土星,哪怕这个代价是最终被提前甩出太阳系。


老兵不死,只是逐渐凋零

旅行者一号和二号在它们的伟大生命中,为我们贡献出了太多的惊喜。

木星的巨大红斑,那里的风暴已经刮了400年 ©NASA

这么一个巨大的土星,如果扔到水里甚至会漂浮起来,因为它的密度竟然比水低,就像一个游泳圈一般 ©NASA

壮观无比的土星环近照配上颜色美丽无比 ©NASA

美丽纯粹的天王星,犹如天使的梦境一般纯粹©NASA

甲烷渲染的蓝色天王星,虽然处在太阳系的边缘,但它有巨大的风暴,数千公里宽的巨大云层©NASA

1990年2月14日情人节,已经在太空中旅行了13年的旅行者一号早在1980年便被土卫六和土星巨大的引力甩出了太阳系的黄道平面,踏上注定离开太阳系的航程。此时它距离地球已经达到60亿千米,它在此时接到命令为太阳系各个行星拍一张“合影”,随后一张照片出现了这么一幕:地球仅仅是个不起眼的《淡蓝小点》(Pale Blue Dot)©NASA/JPL


著名天文学家、科普作家卡尔萨根曾经这么评论过这张照片:


“如果再看一眼那个光点,那是我们的家园,我们的所有。你所爱所知的每一人、所听说乃至所存在过的每一人,都在小点上度过一生。欢乐与痛苦,宗教与学说,猎人与强盗,英雄与懦夫,文明的创造者与毁灭者,国王与农夫,情侣、父母、儿童,发明家和探险家,崇高的教师,腐败的政客,耀眼的明星,至高无上的领袖,历史上所有的圣人与罪犯,都住在这里——它仅仅是一粒悬浮在阳光中的微尘。”


两位伟大的使者,依然在向着宇宙深处前行,与它们同往的,还有人类的希望与未来。


太阳系其他几大探测器使者了解一下?一次性恶补的知识,足够你吃透这方面了:

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