NASA凭借巧妙的修复技术解决了数十亿英里之外旅行者1号的推进器问题

艺术家的概念图显示旅行者号宇宙飞船在星空中穿行。图片来源：NASA/JPL-Caltech

美国国家航空航天局（NASA）旅行者1号探测器的工程师们成功地缓解了航天器推进器的问题，推进器使遥远的探测器始终对准地球，以便接收指令、发送工程数据并提供它正在收集的独特科学数据。

经过 47 年的时间，推进器内的一根燃料管已经被二氧化硅堵塞，这是航天器燃料箱中的橡胶隔膜随着时间的推移而产生的副产品。这种堵塞降低了推进器产生动力的效率。经过几周的精心策划，研究小组将航天器换成了另一套推进器。

推进器的燃料是液态肼，液态肼被转化成气体，并以数十毫秒长的脉冲形式释放出来，使航天器的天线轻轻地向地球倾斜。如果堵塞的推进器是健康的，那么它每天需要进行大约 40 次这样的短脉冲。

美国国家航空航天局的旅行者号宇宙飞船模型。这对旅行者号双胞胎飞船自 1977 年起开始飞行，探索太阳系的外围区域。图片来源：NASA/JPL-Caltech

两个旅行者号探测器都有三组推进器或分支：两组姿态推进推进器和一组轨迹修正机动推进器。在任务中飞越行星时，这两组推进器都被用于不同的目的。但是，由于旅行者 1 号在太阳系外的飞行路径不变，它对推进器的需求就比较简单，任何一个推进器分支都可以用来将飞船指向地球。

2002 年，位于南加州美国宇航局喷气推进实验室的任务工程团队发现，用于指向的姿态推进推进器分支中的一些燃料管出现堵塞，于是团队将其切换到第二个分支。2017 年，当该支路出现堵塞迹象时，团队转而使用轨迹修正机动推进器，并从那时起一直使用该支路。

现在，这些管道比2018年团队更换时原来的分支堵塞情况更严重。堵塞的管道位于推进器内部，将燃料引向催化剂床，在那里转化为气体。(这些与将肼送入推进器的燃料管不同）。管道开口的直径原本只有 0.01 英寸（0.25 毫米），堵塞后减小到 0.0015 英寸（0.035 毫米），约为头发丝宽度的一半。因此，研究小组需要换回其中一个姿态推进推进器分支。

对于 1980 年甚至 2002 年的飞行任务来说，切换到不同的推进器是一个相对简单的操作。但航天器的老化带来了新的挑战，主要与电力供应和温度有关。这次任务关闭了两个航天器上所有非必要的机载系统，包括一些加热器，以节省由衰变钚产生的逐渐萎缩的电力供应。

美国宇航局的每个旅行者号探测器都配备了三个放射性同位素热电发生器（RTG），包括图中所示的这个。RTG通过将钚238衰变产生的热量转化为电能，为航天器提供动力。资料来源：NASA/JPL-加州理工学院

虽然这些措施起到了降低功率的作用，但也导致航天器越来越冷，而失去其他产生热量的非必要系统又加剧了这种影响。因此，姿态推进推进器的分支已经变冷，在这种状态下开启它们可能会损坏它们，使推进器无法使用。

研究小组决定，最好的办法是在开关之前通过打开被认为是非必要的加热器来加热推进器。然而，正如旅行者号团队所面临的许多挑战一样，这也带来了一个难题：飞船的电力供应非常低，如果开启非必要的加热器，就需要关闭其他设备来为加热器提供足够的电力，而目前正在运行的所有设备都被认为是必需的。

在研究这个问题时，他们排除了在有限时间内关闭一台仍在运行的科学仪器的可能性，因为该仪器有可能无法重新启动。经过进一步研究和规划，工程小组确定他们可以安全地关闭飞船的一个主加热器长达一个小时，从而腾出足够的电力来打开推进器加热器。

他们成功了。8月27日，他们确认所需的推进器分支重新开始工作，帮助旅行者1号指向地球。

为美国国家航空航天局（NASA）管理旅行者号的喷气推进实验室旅行者号项目经理苏珊娜-多德（Suzanne Dodd）说："我们今后必须做出的所有决定都需要比以往更多的分析和谨慎。"

这些航天器正在探索星际空间，即太阳产生的粒子和磁场气泡之外的区域，在很长一段时间内，其他航天器都不可能造访那里。任务科学小组正在努力让旅行者号尽可能长时间地运行下去，以便继续揭示星际环境是什么样的。

编译自/ScitechDaily