【快播报】危机重重的太空游子——无人航天器

2023-06-16 10:58:40 来源 : 个人图书馆-大科技杂志社

在地球上，无论机器设备出了什么故障，工程师们总能智计百出地解决问题，再不济还能通过更换设备继续完成任务。但是，有一类机械，从它们投入使用开始，人类就跟它们“永别”了，那就是奔赴星辰大海的无人航天器。在浩瀚无垠的宇宙中，人类有太多未知，无人航天器会在其中遭遇什么危险，人们无法预测，又该如何应对呢?

(相关资料图)

不可忽视的腐蚀

1989年，美国航天局发射了“伽利略号”探测器，这是美国第一个直接用于探测木星的航天器。此时，距离该探测项目立项已有十余年时间，人们还没来得及为终于得以升空的“伽利略号”欢呼，就发现了一个尴尬的现象：探测器用于与地球通讯的高增益天线打不开了。

“伽利略号”的高增益天线由18根杆构成，完全展开后就像一把大伞的骨干，但现在这把“大伞”的其中三根杆粘连在一起，未能完全伸展到位，导致它看起来就像一把坏雨伞。如果不能尽快修复高增益天线，后续的探测数据就难以传回地球，整个科研项目也就等于失败了。但是探测器与地球的距离何止千山万水，人力已远远不能及，修复工作困难重重。

科学家使用了好几种方法试图让天线分开，包括我们“修电视”时常用的大力敲击和反复重启，但都徒劳无功。无奈之下，科学家们只能让另一套近距离通信的低增益天线独挑大梁，接收传输速度慢且清晰度不高的数据。后来，随着地面接收技术以及信息压缩技术的进步，科学家们才获得了足够的探测数据。

后来，追查事故原因时，人们才知道，“伽利略号”在发射前经历了数次转运，长途跋涉的摩擦和点火发射时产生的巨大冲击力，使得天线电机的活动螺栓上所涂的光滑涂层被磨掉了，螺栓被腐蚀无法活动，伸杆也因为被卡住而无法展开。

2001年3月，仅仅运行了15年的人类首个可长期居住的空间站“和平号”就坠毁在了太平洋。在“和平号”短暂的一生中，舱体共发生了近2000处故障，70%的外壳都被腐蚀了，最终因无钱维修，俄罗斯政府只得将之坠毁。

进入完全没有大气层的宇宙空间后，航天器还会被腐蚀吗?会的。因为其外壳完全暴露在极强的紫外线辐射下，外壳上的高分子聚合物吸收紫外线后，引发聚合物自我氧化、降解，其中的化学键会发生断裂、破坏，进而导致外观改变和物理力学性能恶化、使用寿命缩短。

好在，经历了多次失败的教训后，科学家们研制了性能优异的防氧化涂层，无人航天器才得以长期保持活力，维持工作。

防患未然的“车祸”

除了腐蚀，航天器在太空中还可能遭遇“车祸”。

在地球周围，围绕着大量太空垃圾，小到人造卫星碎片、漆片、粉尘，大到整个飞船残骸。全世界各个国家和地区共执行了超过4000次的发射任务，产生了众多太空垃圾。稍大的太空垃圾一旦撞击到航天器，会在航天器表面形成撞击坑，极小的太空垃圾也会严重改变材料的表面性能，缩短航天器寿命。

即使航天器侥幸穿越地球上空的“车祸”高发区，在茫茫宇宙中也还有危机。“新地平线号”是美国航天局于2006年发射的冥王星探测器，在完成冥王星的探测任务后，“新地平线号”马不停蹄地继续向深空进发。2014年，科学家在“新地平线号”的必经之路前方发现了一颗小行星，这颗葫芦形状的小行星被命名为2014 MU69，长度约为45千米。科学家们担心其周围存在陨石、尘埃等可能对“新地平线号”造成危害的物体，从那以后，一直日夜密切监视着“新地平线号”的前进路线，避免它遭遇车祸。

根据多次观测结果，科学家终于判断出2014 MU69周围是安全的，“新地平线号”可以接近它。2019年1月，“新地平线号”与2014 MU69成功进行了一次相距约3500千米的“约会”，在确保安全的基础上，为人类传回了许多小行星的观测资料。

无可避免的停电

就算航天器能避开所有危险，它们仍然避不开最后的终结——停电，当航天器的电量耗尽，它们将迎来“自杀”或“流放”的结局。

事实上，无人航天器所使用的电源已经是地球上寿命最长的一类了。“旅行者1号”于1977年升空，迄今已在太空中飞行了40余年，试问地球上，还有哪个电器电池的续航寿命能与之相比呢?

但即使长寿如“旅行者1号”的电池，也终将迎来寿终正寝的一天。“旅行者1号”所采用的核电池依靠的是放射性元素钚-238不断衰变所产生的热能，电池内部的热偶装置将热能转化为电能。我们知道，放射性元素的衰变是有限期的，钚-238的半衰期是87.7年，也就是说钚-238在87.7年后能量将减少一半，产生的热量相应变少。根据科学家的测算，到2025年，“旅行者1号”就可能因电力不足，永远与地球“失联”。

除了核电池，航天器常用的电源还有太阳能电池，一般来说，只要恒星不死，太阳能电池也能保持长久的寿命，但配备太阳能电池的“朱诺号”探测器也曾遭遇过停电危机。

“朱诺号”是美国宇航局于2011年发射的木星探测器，它配备了三块9米长的太阳能电池板，上面共有18698块太阳能电池。在地球附近，这么多太阳能电池能够为“朱诺号”产生约14千瓦的电力，但在木星附近，由于距离太阳过远，“朱诺号”就只能获得500瓦特的电力了，这仅仅足够支持它完成既定的任务。一旦“朱诺号”运行到木星的阴影中时，被木星庞大的身躯长时间遮挡住阳光，它就可能陷入停电带来的死亡危机。

2016年，“朱诺号”因引擎故障，滞留在围绕木星运行53天的轨道上。如果继续在这一轨道运行的话，到了2019年11月，“朱诺号”将被木星遮蔽12小时，时间长到足够完全耗尽它的电量。为了拯救“朱诺号”，科学家决定使用推进器反向点火10.5小时，以让它尽快逃出木星致命的阴影。所幸，“朱诺号”成功了，它就此逃离停电危机，迄今仍在努力工作着。

在地球之外，远离家乡的“游子”遭遇了种种生死存亡的危机，科学家们用辛勤的工作和超凡的智力为它们化解了一次次危机。但是，人力还有许多不能穷尽之处，到了实在无能为力之时，我们也只能为这些帮助人类探索了许多宇宙奥秘的航天器送去最后的祝福。

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