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新视野号来到75亿公里外,电力每年降3.5瓦,在瞄准另一目标

在一片满是小天体的遥远太空中,一个人造物正趁着昏暗光线,依靠着惯性默默地向外飞去,速度快到14公里每秒,比飞机速度要快得多,以它的视角来看,前方是更黑暗的星际空间,只有触不可及的星星,后方是太阳和地球,太阳缩小得只有针孔那么大。

这个人造物便是5个离开太阳系人造物之一的新视野号,新视野号由美国西南研究所(SwRI)和约翰霍普金斯大学应用物理实验室制造,成本约7亿美元。新视野号创造了多个新记录,是21世纪唯一个飞向星际空间的人造物,是有史以来发射速度最快的人造物。

2006年1月19日成功发射之后,有超快速度的新视野号不断地向外飞去,15年后的今天,它已经飞行在八大行星之外的柯伊伯带,柯伊伯带宽度超过30亿公里,漂浮着大量冰冷的小天体,新视野号想要穿过这片区域,至少还需要5年时间。

根据美国宇航局实时更新数据显示,2021年2月,新视野号已经抵达75亿公里外,假设新视野号每年飞行5亿公里,太阳系边界(日光层)在150亿公里外,那么新视野号还需要再飞15年才能进入星际空间,2036年后它将和旅行者一样,探索太阳系外世界。

当一艘飞船来到木星轨道外后,光照就会变得十分微弱,就算安装了太阳能面板,也无法起到作用,因此新视野号选择安装了一块核电池,以提供长期而又稳定的电力支持。可能很多人误认为核电池和现在的核电站原理一样,但实际上差别极大。

新视野号核电池里面实际上是圆柱形放射性同位素热电发生器(RTG),型号“ GPHS-RTG ”,RTG里面装有9.75千克钚-238,钚-238是放射性元素,半衰期为87.7年,钚-238小球被包裹在铱中,外面再包上一层石墨壳,热电偶装置,将钚-238释放热转化为电。

新视野号在发射的时候,核电池能够提供245.7瓦电力,但由于钚-238的衰竭,每年约以3.5瓦的电力在下降,如果按这种速度来计算,那么在2021年的今天,新视野号电力大约在193瓦,到2040年,电力供应大约只有107瓦,无法再为无线电接收器供电。

我们来整理一下,2006年,新视野号核电池供应电力为245.7瓦,2040年,供应电力大约只剩下107瓦。不是说钚-238半衰期为87.8年吗?按理说要等到2093年,核电池里面的钚-238才剩下一半,电力才下降到122瓦,为什么2040年就只剩下一半不到的电力呢?

理论上,RTG电力减半需要到2093年,但是热电偶装置的老化,让热电转化效率大幅下降,比如一开始热电转化材料的热电转化率为80%,但是20年后,由于材料的老化和接头的松动,热电转化率可能只有30%,而现在新视野号的RTG正是如此。

在5个离开太阳系的人造物之中,新视野号最为先进,他拥有7种先进仪器,远程侦察成像仪(LORRI),太阳风研究仪器(SWAP),高能粒子光谱仪科学研究(PEPSSI),紫外线成像光谱仪(Alice),拉尔夫望远镜,威尼斯伯尼学生除尘器(VBSDC),无线电科学实验(REX)。

截止到现在,新视野号已经飞越了一个柯伊伯带天体,2019年1月1日,新视野号飞掠了被命名为Arrokoth的小天体,一个类似葫芦形状的奇怪天体,获得了大量科学数据,由于数据传回地球需要20个月,所以所以在过去的两年中,新视野号不断地传送数据。

不过在2021年,它将燃烧化学推进器,用来瞄准下一个小天体,因为还剩下11千克燃料,在离开柯伊伯带之前,可以再次飞掠另一个冰冷的小天体。结束第二个小天体飞掠之后,美国宇航局不再干扰新视野号飞行轨迹,让它依靠惯性永远飞行下去。更有趣的科学探索内容请关注唯一。

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