从20世纪50年代开始,得益于导弹技术的进步,人类在导弹的基础上发明了火箭,火箭的发明让人类的航天事业得到了空前的发展,在短短几十年中取得了辉煌的航天成就:1957年10月4日人类第一颗人造卫星发射成功、1961年4月12日第一次载人航天实施成功、1965年3 月人类成功进行第一次太空行走,还有第一个国际空间站的建设、第一个太空望远镜的建设......不过要说人类最伟大的航天工程,非阿波罗登月工程莫属,从1961年到1972年短短10多年时间里,人类把多达12名宇航员送上了月球,实现了人类第一次在地球以外的星球登陆,开创前无古人的壮举,至今没有哪项航天工程能够超越阿波罗登月工程。
阿波罗登月是人类航天的巅峰之作
人类在成功实施阿波罗登月工程之后,把下一个目标放在飞出太阳系,本来人类非常有信心可以实施载人飞出太阳系,结果发现人类自诩发达的科技相对于太阳系来说实在太落后了,人类虽然登上了月球,但是月球距离地球只有38万公里,而如果从地球飞出太阳系的话,路程高达148亿公里,所以人类实施载人飞出太阳系不太现实,不过人类没有放弃飞出太阳系的梦想,在无法实施载人航天飞出太阳系的情况下,人类退而求之实施了深空探测计划,这个计划就是发射多个深空探测器飞出太阳系提前踩点。
飞出太阳系比登月难很多
在70年代,人类相继发射了4个深空探测器,其中最著名的探测器当属旅行者1号、旅行者2号两个探测器,为什么说这两个探测器最出名呢?因为旅行者1号是迄今为止飞得最远、飞得最快的深空探测器,而旅行者2号是人类唯一一个造访了木星、土星、天王星、海王星的探测器,也是人类唯一一次近距离探测天王星和海王星的功臣。
旅行者1号
旅行者1号发射的时间为1977年9月5日,旅行者2号发射时间为1977年8月20日,由此可知这两个深空探测器在太空中飞行的时间都已经超过40年,在40多年的时间里面,旅行者1号飞越了222亿公里的距离,旅行者2号如今距离地球也有185亿公里,这是什么概念?
冥王星距离地球的远日点为74亿公里,如果按照这个距离,那么太阳系的直径为148亿公里,也就是说旅行者1号、旅行者2号飞行的距离比太阳系的直径(旧直径)还要大很多,如今旅行者1号、旅行者2号依然在向太空深处飞去,直到最后坠入银河系中心或者被外星文明俘获,说到这里有人就感觉疑惑,旅行者1号、2号这两个探测器的体积都不是很大,携带的燃料根本无法支撑它们飞出太阳系,可是现在旅行者1号、2号依然在太空中飞行着,它们的动力来源于哪里呢?
旅行者2号
要想知道旅行者1号、2号飞了40多年,为何还有动力,我们就需要明白一个概念,那就是引力弹弓效应,所谓引力弹弓效应就是利用行星存在的引力做加速、改变方向的一种行为,由于行星特别是巨型行星存在很强的引力,当飞行器飞到某个行星的引力场的时候,就会被行星的引力拖住,然后围绕行星旋转,当旋转到一定程度的时候,就利用飞行器自身的动力改变方向,从而获得加速,这样做的好处就是探测器不仅获得了很大的加速,而且还大大节省了燃料,因为探测器在被行星拖着运转的时候,是不需要消耗燃料就可以飞行的,旅行者1号、2号就是利用引力弹弓效应,利用有限的燃料支撑它们飞行了100亿甚至200亿公里。
旅行者1号在110亿英里外拍摄的地球
在旅行者1号、2号飞行途中,相继获得了地球、火星、木星、土星、海王星、天王星等行星的引力弹弓作用,从而获得不断的加速,当它们飞到冥王星附近的时候,获得加速已经超过了第三宇宙速度,第三宇宙速度是逃逸太阳系最小的加速度,这个速度为16.7千米/秒时,一旦探测器获得这个速度,就不再受太阳系引力束缚,可以挣脱太阳系引力飞离到系外空间,到了系外空间之后,即使旅行者1号、2号的燃料真的消耗完了,但是由于它们依然可以依靠惯性持续地飞行下去,因为宇宙是一个接近真空的空间,摩擦力很小,只要给它们施加一定的速度,就可以持续的飞行亿万年,直到撞到天体或者坠入黑洞,又或者被外星文明俘获,这就是旅行者1号、2号飞行了40年还能一直飞行的原因。
旅行者2号拍摄的木星卫星
再来谈谈旅行者1号、2号为何不会撞上小行星,在太阳系中存在两个小行星带,分别是火星与木星之间的小行星带、柯伊伯带,此外还有数量众多的卫星和行星,旅行者1号、2号却都能躲开它们飞出太阳系,为什么呢?
旅行者1号和旅行者2号的位置
原来在于天体与天体之间的距离实在太远了,尽管存在两个小行星带,但是小行星与小行星之间的距离近的都有几万公里,远的超过百万公里,至于行星与行星之间的距离就更远了,比如地球与月球的距离为38万公里,地球与火星的距离达到5500万公里,这么远的距离足够旅行者1号、2号安全穿越,旅行者1号、2号的体积非常小,即使加上太阳能帆板,直径也不超过10米,10米穿越几万公里,就好比让一粒沙子在一根根相距几百米的柱子之间穿越,沙子撞上柱子的几率非常小,所以旅行者1号、2号根本不存在与天体撞击的可能性,即使存在它们也有足够的时间调整方向避免相撞。
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