新視野號抵達75億公裡外,電力每年下降3.5瓦,在瞄準另一個天體

2021-02-15 有趣探索

在一片滿是小天體的遙遠太空中,一個人造物正趁著昏暗光線,依靠著慣性默默地向外飛去,速度快到14公裡每秒,比飛機速度要快得多,以它的視角來看,前方是更黑暗的星際空間,只有觸不可及的星星,後方是太陽和地球,太陽縮小得只有針孔那麼大。

這個人造物便是5個離開太陽系人造物之一的新視野號,新視野號由美國西南研究所(SwRI)和約翰霍普金斯大學應用物理實驗室製造,成本約7億美元。新視野號創造了多個新記錄,是21世紀唯一個飛向星際空間的人造物,是有史以來發射速度最快的人造物。

2006年1月19日成功發射之後,有超快速度的新視野號不斷地向外飛去,15年後的今天,它已經飛行在八大行星之外的柯伊伯帶,柯伊伯帶寬度超過30億公裡,漂浮著大量冰冷的小天體,新視野號想要穿過這片區域,至少還需要5年時間。

根據美國宇航局實時更新數據顯示,2021年2月,新視野號已經抵達75億公裡外,假設新視野號每年飛行5億公裡,太陽系邊界(日光層)在150億公裡外,那麼新視野號還需要再飛15年才能進入星際空間,2036年後它將和旅行者一樣,探索太陽系外世界。

當一艘飛船來到木星軌道外後,光照就會變得十分微弱,就算安裝了太陽能面板,也無法起到作用,因此新視野號選擇安裝了一塊核電池,以提供長期而又穩定的電力支持。可能很多人誤認為核電池和現在的核電站原理一樣,但實際上差別極大。

新視野號核電池裡面實際上是圓柱形放射性同位素熱電發生器(RTG),型號「 GPHS-RTG 」,RTG裡面裝有9.75千克鈽-238,鈽-238是放射性元素,半衰期為87.7年,鈽-238小球被包裹在銥中,外面再包上一層石墨殼,熱電偶裝置,將鈽-238釋放熱轉化為電。

新視野號在發射的時候,核電池能夠提供245.7瓦電力,但由於鈽-238的衰竭,每年約以3.5瓦的電力在下降,如果按這種速度來計算,那麼在2021年的今天,新視野號電力大約在193瓦,到2040年,電力供應大約只有107瓦,無法再為無線電接收器供電。

我們來整理一下,2006年,新視野號核電池供應電力為245.7瓦,2040年,供應電力大約只剩下107瓦。不是說鈽-238半衰期為87.8年嗎?按理說要等到2093年,核電池裡面的鈽-238才剩下一半,電力才下降到122瓦,為什麼2040年就只剩下一半不到的電力呢?

理論上,RTG電力減半需要到2093年,但是熱電偶裝置的老化,讓熱電轉化效率大幅下降,比如一開始熱電轉化材料的熱電轉化率為80%,但是20年後,由於材料的老化和接頭的鬆動,熱電轉化率可能只有30%,而現在新視野號的RTG正是如此。

在5個離開太陽系的人造物之中,新視野號最為先進,他擁有7種先進儀器,遠程偵察成像儀(LORRI),太陽風研究儀器(SWAP),高能粒子光譜儀科學研究(PEPSSI),紫外線成像光譜儀(Alice),拉爾夫望遠鏡,威尼斯伯尼學生除塵器(VBSDC),無線電科學實驗(REX)。

截止到現在,新視野號已經飛越了一個柯伊伯帶天體,2019年1月1日,新視野號飛掠了被命名為Arrokoth的小天體,一個類似葫蘆形狀的奇怪天體,獲得了大量科學數據,由於數據傳回地球需要20個月,所以所以在過去的兩年中,新視野號不斷地傳送數據。

不過在2021年,它將燃燒化學推進器,用來瞄準下一個小天體,因為還剩下11千克燃料,在離開柯伊伯帶之前,可以再次飛掠另一個冰冷的小天體。結束第二個小天體飛掠之後,美國宇航局不再幹擾新視野號飛行軌跡,讓它依靠慣性永遠飛行下去。更有趣的科學探索內容請關注唯一微信公眾號:有趣探索。

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