想象一下,有一臺制造于1977年的老機器,它的運算速度只有你智能手機的幾百萬分之一,內存還沒你的車鑰匙大,存儲數據用的是早就被淘汰的八軌磁帶,按照現代電子產品的壽命標準,它早該在垃圾堆里氧化了。
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然而就是這樣一臺看似早已過時的“博物館級”老古董,此刻正孤獨地飛行在距離地球230億公里之外的星際深空。它是旅行者1號。
現在它發出的每一個信號,都要以光速飛行近22.5個小時才能被我們收到,它的機體時刻經受著宇宙射線的轟擊和接近絕對零度的極寒,但令人震驚的是,這臺48歲的機器依然在工作,依然在向地球傳回關于星際空間的一手數據。
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這一切的奇跡,都源于1977年那群工程師在圖紙上埋下的三個超前設計,這些設計讓原本計劃只有5年壽命的探測器,硬生生熬到了48歲,甚至還要繼續戰斗下去,今天我們就來拆解這個工程學奇跡,看看它是如何用過時的技術打敗時間的。
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1977年,NASA面臨著一個千載難逢的時刻,陽系的四大氣態巨行星,木星、土星、天王星和海王星,即將運行到一個罕見的幾何排列位置,這種排列176年才出現一次。
這個窗口期意味著,探測器可以利用“引力彈弓”效應,像跳房子一樣從一顆行星飛向另一顆,極大地節省燃料和時間,但機會稍縱即逝,在預算受限、工期緊張的背景下,工程師們卻做了一個極其“叛逆”且昂貴的決定:拋棄太陽能電池板,裝上放射性同位素熱電發生器。
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工程師們心里清楚,雖然任務名義上只去木星和土星,但只要飛船不壞,它最終會飛向太陽系邊緣,那里的陽光微弱得像遠處的一只螢火蟲,太陽能板將徹底廢掉,他們必須給旅行者號裝上一顆“核能心臟”。
這顆心臟利用钚-238衰變產生的熱量轉化為電力,在1977年起飛時,它能產生470瓦的熱功率和157瓦的電力,差不多只夠驅動一個大燈泡或一臺老式筆記本,你可能會覺得這點電微不足道,但關鍵在于钚-238的半衰期長達87.7年。
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這意味著即使過了40多年,這顆心臟雖然衰弱,但依然在跳動,依然能提供足以維持核心儀器運轉的能量,直到今天,旅行者號就是靠著這顆“核電池”的余溫,在寒冷的星際介質中維持著生命體征,工程師們表面上簽的是5年的合同,實際上卻為它準備了半個世紀的口糧。
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在旅行者號上,幾乎所有關鍵系統都有雙份,甚至三份,它攜帶了11個科學儀器,大部分都有備用電路,16個推進器中,有8個是完全的備胎,在那個算力金貴的年代,這種設計被很多人質疑是浪費預算、增加重量。
但歷史證明,這才是真正的遠見。
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最驚心動魄的一幕發生在2017年,在太空中飛行了40年后,它用于調整姿態的主推進器因為長期使用,性能開始退化,對于一艘飛船來說,失去姿態控制就等于死亡,因為它的天線一旦偏離地球,信號就會徹底中斷。
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此時飛船遠在200多億公里外,派維修隊是不可能的,絕望中,NASA工程師想起了那個塵封了40年的“B計劃”,那一組專門用于軌道修正、自1980年飛越土星后就再沒用過的備用推進器,這是一場豪賭,這些推進器在太空中閑置了37年,冷凍了37年,沒有任何人知道它們是否還能點火。
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指令發出后,是漫長的19個多小時的等待,當信號終于傳回地球時,控制室沸騰了:備用推進器完美點火,每一次噴射都像剛出廠一樣精準,這是因為當年的工程師在設計推進器時,選用了最耐腐蝕的材料,使用了最嚴苛的密封工藝,甚至預留了遠超需求的燃料余量,他們假設了最壞的情況,才換來了40年后的一次重生。
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除了動力,旅行者號最讓現代人汗顏的,是它的“大腦”和“記憶”,在230億公里外,信號微弱得如同在太平洋彼岸點燃一根火柴,為了讓地球聽到它的聲音,旅行者號的高增益天線必須像狙擊手一樣,死死瞄準地球,誤差不能超過零點幾度。
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為此,工程師設計了一套極其精密的姿態控制系統,它利用太陽傳感器和恒星跟蹤器,讓飛船時刻知道自己在宇宙中的坐標,更關鍵的是,這套系統具備自主決策能力。
由于通信延遲長達一整天,如果飛船遇到突發故障,等地球的指令傳過去,飛船早就在翻滾中失聯了,因此旅行者號被賦予了在當時極具科幻色彩的“自動容錯邏輯”,一旦它發現自己找不到太陽或老人星,它會自動進入保護模式,嘗試重新捕獲信號,而不是傻傻地等待指令,正是這種“將在外,君命有所不受”的自主性,讓它在幾十年的孤獨旅程中從未走丟。
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現在的我們習慣了TB級的固態硬盤,但你可能不知道,現代SSD在宇宙射線的高能粒子轟擊下,可能幾年就會報廢。而旅行者號上的磁帶記錄器,雖然只有幾十兆的容量,雖然是機械結構,但它抗輻射、耐低溫。
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這臺“老式錄音機”在太空中轉了40多年,記錄了木星的紅斑、土星的光環,直到今天依然完好,有時候,最原始的技術,反而最能經受歲月的洗禮。
2018年為了節省電力,工程師被迫關閉了旅行者號宇宙射線子系統的加熱器,那一瞬間,儀器溫度驟降70攝氏度,遠低于設計紅線,所有人都以為這個儀器必死無疑,結果它居然毫發無損,繼續傳回數據。
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這時候人們才意識到,當年那些工程師的設計標準,不是為了“夠用”,而是為了“不朽”,他們用的元器件是航天級的,能承受劇烈溫差變化,這種在當時被視為“過度設計”和“資源浪費”的投入,最終讓旅行者號超越了時間的束縛。
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如今旅行者1號依然在黑暗中前行,它的電池終將耗盡,大約在2030年代的某一天,它會發出最后一聲微弱的低語,然后陷入永恒的沉默,但由于沒有空氣阻力,它將帶著那張鍍金唱片,作為人類文明的無聲使者,繼續在銀河系中流浪億萬年。
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