再再再强调一遍旅行者1号探测器:运动本身不会消耗能量,改变运动的状态才需要消耗能量——这是牛顿第一定律的内容。旅行者一号是1977年美国发射的一颗探索外太空的卫星,这颗卫星的速度一已经达到了惊人的25公里每秒【看清楚了,是“每秒”而不是“每小时”】,超过第三宇宙速度16.7公里每秒,所以现在已经飞离了太阳系,朝着宇宙深处飞去——而这是人类历史上第一次做到这一点。下图就是旅行者一号及其关键的工作时间点。
事实上,这颗卫星在升空的时候确实携带有少量的燃料,但是这些燃料仅仅是用来调整飞行方向的,并不是用来加速的,而这颗卫星极高的速度主要来源于两个方面旅行者1号探测器:
1旅行者1号探测器,卫星在发射过程中火箭对这颗卫星的加速。下图就是土星五号火箭通过燃料的快速燃烧而获得巨大的推力,让放在火箭头部的卫星获得极高的速度。但是整个火箭加速的过程可能只有几百秒,但是可能要烧掉几千吨的燃料+氧化剂,过了这段时间之后,卫星就要另外想别的方法来获得加速了。
2,引力弹弓。通过调整卫星在太阳系中的飞行轨道,可以巧妙地利用太阳系中的其他行星的引力来对卫星进行加速,这就是所谓的“引力弹弓”,其过程如下图所示,简单来说就是搭个顺风车旅行者1号探测器、获得一点儿加速。在这个过程中,虽然卫星几乎一点儿燃料没有消耗【调整运行方向还是需要燃料的】,但是却获得了进一步的加速。
最后旅行者1号探测器,旅行者一号达到很高的速度,同时由于宇宙空间中几乎没有阻力,那么旅行者一号就再也不需要任何的燃料就可以保持这个很高的速度飞行下去了,只要没有东西阻拦,旅行者一号就可以一直运动下去,永不停息。
这样解释你明白了吗?
旅行者1号和2号探测器是上世纪70年代美国发射的空间探测器,这是两个要从不同方向飞出太阳系的飞行器,它们携带着有关地球以及地球人的信息,还有很多地球人给外星人的问候语。同样是美国在70年代发射的先驱者10号和11号上也有携带的给外星人问号的信息。提到旅行者号探测器,很多人首先能够想到的往往就是这些。
其实旅行者号的首要目的并不是要飞出太阳系期待被外星人截获,探测木星、土星、天王星、海王星等才是两个探测器的重要任务。在结束太阳系外围行星的探测任务后探测器要飞向太阳系外,在核动力电池停止工作后会彻底失去和地球联系的可能。目前人类还有能力探测到旅行者号发给地球的微弱信号,信号显示旅行者号1号已经到达了距离地球200亿千米之外的位置,这是人类制造出来的距离地球最远的探测器。
在上个世纪70年代人类就有能力一连发射出两颗这样的探测器,为何近些年来没有再次发射呢?对于很多国家或机构来说,有技术方面的原因,对于NASA来说,现在的技术肯定比之前更好。NASA之所以没再像发射旅行者号那样疯狂发射探测太阳系外围行星的探测器与多方面因素有关,一是六七十年代的美苏太空竞争已经结束;二也与资金有关;第三就是当初发射旅行者号时赶上了绝好的时机。
向太阳系外侧发射探测器,除了克服地球引力做功还需要克服太阳引力做功,并且越远离太阳就需要做更多的功。为了节省燃料或者说取得更好的效果,发射太阳系外围探测器时需要借助引力弹弓对探测器进行加速。1977年恰好迎来了绝好的发射时机,探测器可以一连借助多颗行星进行加速,同时也实现了对多颗行星的探测。所以在1977年,旅行者2号和旅行者1号先后飞出地球奔向目标天体(你没看错,先发射的是旅行者2号)。
对于中国来说,目前还没有飞出太阳系的计划,最远的计划也是探测火星,已经实现的最远的探测计划是对月球的探测。中国在这方面还有较长的路需要走。
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