能否让离地球最远的太空探测器活到2030年|土星|地球|太空探测器|太阳系|行星|银河系

旅行者1号探测器（Voyager 1）是离地球最远的太空探测器，它目前距离地球247亿公里，这里已经是太阳系外。随着设备老化和核电池衰变，两艘旅行者号都出现了各种故障。科学家们正在努力让这个发射于1977年，设计寿命5年，至今却已在岗47年历史的探测器坚持下去。

拯救失联的旅行者1号

上个月，从10月16日到24日，旅行者1号在经历数天的通信中断后，启用了43年来从未使用过的备用通信天线，重建了通信联络，目前地面团队正在寻求解决方案，维持基础通信的正常运行。

旅行者1号在几十年的宇宙旅行中有不少部件受到了辐射损伤，而辐射损伤会降低这些部件的性能，通常工程师会按时打开部分加热器解决，因为热量可以帮助部件逆转辐射损伤，恢复功能。

10月16日，地面团队发出指令，打开“旅行者1号”的一个加热器。在事后的复盘中他们确认，虽然探测器的核电池应该有足够的电力来启动加热器，但这个指令却意外触发了故障保护系统。

故障保护系统的作用是根据电量自主调控以应对各探测部件之间的荷载问题。假如电力供应紧张，故障保护系统就会关闭与维持探测器飞行关系不大的边缘系统，从而节约电力，保证探测器的基本功能。

故障保护系统这次下调了发射器发回数据的速率，这种通信低功耗模式消耗的电力较小。但这次启动的低功耗模式意外中断了X波段信号的发射。而X波段无线电发射器是几十年来探测器与地球之间保持通信的唯一通道。

由于旅行者1号已经距离地球247亿公里，就是用光速跑单程也要23小时，因此每个从地球发送的操作指令都要等两天才能接到遥远太空的反馈信号。他们在10月16日发出加热指令，等到18日却没有收到预想中的回音。此时地面团队还认为只是回馈延迟，但到了19日，期待中的信号一直没能回来。NASA的地面团队终于确定，他们与旅行者1号之间的无线电信号中断了。

现在地面团队通过当时的日志分析，知道了在故障保护系统意外关闭X波段无线电发射器后，它根据几十年前的预设程序自动切换到了S波段的无线电发射器用于维持联络。但是，在10月19日的现场，没有任何一个人知道需要把接收天线调整到S波段，因为知道这件事的人早已退休，甚至不少已不在人世。

为了挽救旅行者1号，研究小组赶忙翻出积满灰尘的说明书，这才知道程序会自动切换到S波段。其实，在16日进入低功耗模式后，故障保护系统又被触发了两次，这导致X波段发射器一直被关闭。

S波段发射器使用的电力较少，但是信号强度也比X波段的低得多。1981年，旅行者1号完成了土星和土卫六（泰坦星）的探测任务之后，借助土星引力改变了轨道，笔直离开了黄道面（太阳系所有行星所在的平面），把探索太阳系其他行星的任务留给了旅行者2号。此后，旅行者1号因离地球太远就再也没有用S波段进行通信了。

虽然无法确认S波段发射器是不是真的开机了，但工程师还是把天线切换到S波段并设法对准了旅行者1号。10月22日，地面团队在S波段上发出了一条指令。到了24日收到了回信，终于确认它的S波段天线能正常工作，而且信号强度也能满足与地球之间的通信。

接下来，研究人员就要分析日志收集信息，弄清楚究竟发生了什么，并争取让旅行者1号维持工作。直到现在，触发故障保护系统的原因仍未找到，可能要几周后才能找到真凶恢复正常。

关闭等离子体传感器

为了节约旅行者2号所剩无几的电力，延长任务寿命，地面团队向旅行者2号发出了关闭等离子体传感器的指令。9月26日，在经过38小时的等待后，地球收到了这台仪器的最后一批数据。

麻省理工学院的工程师在1970年制造了这套实验装置。等离子体传感器（Plasma Science Experiment,PLS）是用来测量太阳风以及行星磁层中的等离子体速度、密度和温度的仪器。它由四个法拉第杯组成，三个指向太阳用于观测太阳风流动；第四个指向与其他三个垂直，用于观测来自行星磁层和日球层的等离子体。

法拉第杯是个连接着计数器的金属杯子，可以测量射入杯中的带电粒子。通过测量这些粒子的能量，科学家可以算出旅行者号遇到的太阳风、星际介质和气态行星磁层中的等离子体的速度、密度和温度。

科学家用这台仪器发现木卫一的火山喷发出的硫和氧形成了一个等离子体星环。发现土星有充满水和氧气的磁层。在太阳系的边界，仪器首次发现太阳风的速度低于了音速，同时密度和温度增加。最后，在太阳系的边界层，仪器探测到向太阳系外流动的太阳风完全静止，标志这里就是太阳风与星际介质（LISM）的边界。

2012年以后，科学家一直在用旅行者1号的等离子体传感器测量太阳系外的等离子体密度梯度和压缩性湍流，让我们更多了解太阳系边缘和星际空间的性质。

目前旅行者2号仍能测量银河系宇宙射线、磁场和等离子体波。随着核电池的动力源钚衰变，可用功率每年都会减少4瓦，想要让多数仪器平稳运行到2030年代中期，仍然是一个不小的挑战。

仪器的制造者们在第四个法拉第杯的收集板上刻下了自己的名字，这些名字的寿命会比地球还长

黄金唱片

除了科研仪器，两艘旅行者号探测器都携带了张铜制镀金唱片，里面收录了人类向外星生命发出的问候、各国音乐录音、一部“地球之声”，以及118张表现地球与人类的照片。唱片背面的图案标定了太阳在银河系的位置（左下角图案是太阳相对于银河系中心及14颗脉冲星的位置），所有数字都是以二进制表示，距离和时间都以氢原子自旋来标定（右下角那个像眼镜一样的图案是一个氢原子内自旋跃迁的图像）。

与天地同寿的探测器

旅行者号计划最初是水手11号太空船计划的一部分，任务是用时四年探索木星和土星。当时刚好遇到了176年一遇的“九星连珠”，太阳系的多数行星都在刚刚好的位置，双胞胎探测器只需少量轨道修正就能借助多颗行星的“引力弹弓”加速，只用不到一半的时间就能造访木星、土星、天王星和海王星。

旅行者1号在造访土星后，为了仔细观察在土卫六上新发现的浓密大气层，让它受到了额外的引力影响。科研人员只能临时算出新的飞行轨迹——飞出太阳系，旅行者1号的任务也由探索行星，改为探索顶部太阳风的边缘在哪里。

2011年2月，根据探测器回传的数据显示，它已经离开了太阳系边缘的一层“过渡区”，进入了太阳系外的宇宙空间，成为第一个飞离太阳系的人造物。接下来它将朝向银河系中心飞行，3万年后它会路过最近的恒星系。由于宇宙极为空旷，旅行者大概率不会被恒星的引力捕获。虽然探测器会因宇宙尘埃的微碰撞腐蚀，但这种情况会非常缓慢，黄金唱片的寿命会超过50亿年，在50亿年之后由于银河系与旁边的仙女座星系相碰撞，探测器有五分之一的概率被抛出星系，那里的星际介质中连宇宙尘埃都很少，风化也将停止。那么黄金唱片还能继续存在数万亿年，直到宇宙毁灭那一天。相比在60亿年以后会被太阳吞没的地球，它将与天地同寿。