新视野号宇宙飞船有着什么样的技术才可以去探索冥王星?

冥王星距离我们非常的遥远,平均距离大约是地球到太阳距离的40倍,要探索这么远的天体需要相当尖端的科学技术。

冥王星距离我们非常的遥远,平均距离大约是地球到太阳距离的40倍,要探索这么远的天体需要相当尖端的科学技术,美国航太总署(NASA)掌握哪些先进的技术让新视野号达成探索冥王星的任务呢?

新视野号宇宙飞船有着什么样的技术才可以去探索冥王星?

新视野号拍摄的冥王星影像。影像来源NASA

与冥王星失之交臂

旅行者任务(Voyager program)是美国航太总署相当成功的外太阳系探索计划,这项任务由两艘相同的旅行者太空船组成。旅行者2号于1977年8月20日发射,16天后(1977年9月5日),旅行者1号也从佛罗里达州的卡纳维尔角出发。为什么先发射的旅行者太空船是2号,而不是1号呢?这是因为旅行者1号虽然较晚发射,但是后发先至,旅行者1号比2号先抵达木星和土星,所以后发射的称为旅行者1号。

新视野号宇宙飞船有着什么样的技术才可以去探索冥王星?

旅行者2号飞掠木星、土星、天王星和海王星,是唯一一艘探险过天王星和海王星的太空船,我们现在对这两颗行星的认识,很大一部分都是从旅行者2号飞掠获得的。

旅行者1号的旅程原本可以在经过木星和土星后直达冥王星,但是后来决定转向探索土星的卫星泰坦。泰坦是一颗拥有浓厚大气的巨大卫星,科学家推测那里可能有生命存在,所以泰坦成了旅行者1号的探索对象。转向泰坦后,旅行者1号就无法探访冥王星,要拜访冥王星就只有等下一艘太空船,不过这一等就是几十年。

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寻找外援:俄罗斯的质子火箭

因为某些因素,美国航太总署的高层并不重视冥王星的计划,甚至百般阻挠。虽然美国航太总署愿意出资冥王星计划,但是提供的经费只够建造太空船,没有钱支付升空的火箭费用。空有太空船,没有火箭飞离地球也没用,这让冥王星任务计划主持人艾伦.史登(Alan Stern)相当头痛。

为了解决火箭的问题,艾伦.史登想到俄罗斯的质子火箭,如果俄罗斯愿意提供火箭就可以解决这个问题。艾伦.史登亲自飞到莫斯科,俄罗斯的答覆是可以,不过太空船上要携带一项俄罗斯的仪器,这个条件听起来很合理,让美俄携手探索冥王星成为可能。

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眼看问题就要解决,不过这桩美俄合作的好事,却因为电池的问题无法继续。

什么样的电池用了十年还有电?

太空船离太阳愈远,能够接受到的太阳光就愈少,如果要靠太阳能板获得电力就愈困难。目前距离太阳最远,还使用太阳能板的太空船是朱诺号。朱诺号目前绕木星运行,它能接收到的太阳光不到地球的三分之一,朱诺号必需靠三面巨大的太阳能板,才能够让它在木星轨道上持续运转。

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到了土星太阳光大约只剩地球的百分之一,冥王星接收到的太阳光更是不到地球的千分之一,太阳光已经无法提供太空船需要的电力。旅行者和新视野号等探索外太阳系的太空船用的是电池,不过不是普通的电池,那是特制的核能电池。

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新视野号,图中右上方黑色圆筒撞的就是放射性同位素热电机。图片来源:NASA

这种电池称为「放射性同位素热电机」,它利用放射性元素钸产生热,再由热产生电力。新视野号的核能电池只能产生两百多瓦的电力,这样的电力相当弱,连家里吹风机的耗电都比它多。还好工程师设计的仪器耗电量都不大,省吃俭用还能让新视野号上的各个仪器运作顺畅。

太空船要搭载危险的放射性元素,要通过美国各个单位层层的审查,必须要在安全上万无一失。想要让俄罗斯的火箭发射这样高危险的物品,基本上美国国防部应该是不会批准的,所以政治上的因素,让俄罗斯发射太空船这件事就此打住。

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冥王星,过站不停

在各方的努力之下,新视野号好不容易有了美国自己的火箭可以发射,不过光靠火箭的推力要到冥王星的时间还是太久。最快省时的方法是算准时机飞过木星,让木星的重力助推一下,这可以让原本十几年的旅程缩短到不到10年。

新视野号以研究冥王星为主,在它之前的伽利略号则以木星为主要目标,当伽利略号抵达木星后,它会减速进入木星轨道绕木星运行,这样伽利略号就可以长时间研究木星。

新视野号宇宙飞船有着什么样的技术才可以去探索冥王星?

不过新视野号则不一样,它以飞快的速度靠近冥王星,完全没有减速,也没有进入冥王星的轨道。新视野号就像过站不停的高速火车,呼啸通过冥王星!新视野号为什么不停下来好好的研究冥王星呢?

科学家在设计新视野号时,把它的重量减到最低,这是为了让它容易加速,早日抵达冥王星。这样的设计当然没有携带减速用的火箭燃料,所以新视野号当然慢不下来。这表示新视野号只能在飞掠冥王星的前后短暂时间可以研究冥王星。这段短暂时间是新视野号飞行9年多后才获得,也是新视野号团队耗费无数心血后最企盼的宝贵时间。

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意外中的意外

2015年7月4日,也就是新视野号预计飞掠冥王星的前十天,新视野号突然出现失联的状态!也就是地球上的新视野团队联络不上太空船,这简直是最可怕的噩梦。

不久之前,由民间出资的以色列月球探测器,原本雄心壮志的要登陆在月球表面,成为美国、苏联和中国之后,第四个登陆月球的国家。可惜在登陆月球前,突然出现故障,虽然地面人员紧急重开机,可惜无法挽回探测器坠毁月球的命运。

新视野号宇宙飞船有着什么样的技术才可以去探索冥王星?

如果无法即时修复,新视野号这9年多的飞行和研究人员多年的心血就白费了。这一段在《冥王星任务》中有精采的描述,在这里只能暴雷的说任务圆满达成,至于细节就等你翻开书体会那惊心动魄、手心冒汗的过程了⋯⋯

参考资料

屋顶上的天文学家

roofastro.blogspot

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