深空探测器飞行过程中都在干什么?

深空探测任务通常能够逃离地球引力束缚 , 对地外天体甚至宇宙深处开展科学研究 。 从地球出发后 , 这些探测器往往需要飞行数万乃至数亿千米的旅程 , 探测周期长达数年 。
然而 , 宇宙是极其空旷的 , 一个深空探测器的任务即便历时数年也仅能探测极其有限的天体 , 大部分时间飞行在茫茫深空中 。
以1977年出发的旅行者一号和二号为例 , 它们已经在太空中飞行并持续工作了44年 , 旅程超过200亿千米 , 终极会离开太阳系 。 即便如旅行者二号遇上了165年一遇的时机 , 探访了木星、土星、天王星和海王星 , 但它自1989年飞掠海王星后就孤傲飞行至今 , 没有靠近过任何一个天体 。
那么
这些绝大部分时间
都在孤傲飞行的深空探测器
它们在飞行过程中还会干什么?
飞行过程中平台和有效载荷测试
探测器的本质是载体平台 , 并不能直接从事科学研究 , 必需通过它的各类星载有效载荷进行 。
固然发射前探测器平台和有效载荷会在地面进行各种系统测试 , 但测试环境一定无法代替实际深空飞行环境 。 因此 , 探测器出发后 , 需要全方位测试平台所有相关系统和各种星载仪器情况 。
一方面 , 探测器平台需要测试通讯系统、导航制导与控制、推进系统及数据采集系统等是否工作正常 , 它们是保证有效载荷能够正常工作的基础 。
以火星探测器为例 , 2020年7月发射的阿联酋但愿号和中国天问一号火星探测器在发射后不久分别对火星和地月系统拍照 , 很大程度是为了测试用于轨道和姿态确定的光学敏感器是否工作正常 。 推进系统也会适当工作 , 修正轨道误差的同时 , 测试发动机的实际表现机能是否符合预期 。

深空探测器飞行过程中都在干什么?
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左:但愿号发射后拍摄的火星照片MBSRC;右:天问一号发射后拍摄的地月合影
2020年10月1日 , 已经连续飞行近1.9亿千米的天问一号火星探测器也送出了它最独特的祝福:一张中国历史上最远最强的超级自拍 , 鲜艳的五星红旗在太空深处熠熠生辉 。 这个动作通过小型分离丈量单元完成 , 并通过Wi-Fi技术传回探测器 , 重要作用之一便是全方面检修天问一号飞行状态 。

深空探测器飞行过程中都在干什么?
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另一方面 , 各类有效载荷也会陆续开机测试 , 检修工作机能 , 如有需要可在地面操作下进行调试校正 , 满意抵达目标后的任务需求 。
例如 , 新视野号需要经由9年飞行才能抵达冥王星 , 但终极飞掠和最佳观测冥王星的时间仅为2015年7月14日前后 。 在靠近目标之前数月 , 新视野号上核心的可见光、红外线、紫外线光谱仪和长距离探测成像仪就已经陆续开机并进行最后的调试 , 一定要捉住这一千载难逢的机会 。 事实也充分证明 , 新视野号取得了巨大的成功 。

深空探测器飞行过程中都在干什么?
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左:新视野号充分调试的彩色相机拍摄到的冥王星;右:人类此前获得的最清楚冥王星照片 , 来自哈勃千里镜 。 NASA/S.Hariri
仅保持有限度通讯 , 甚至休眠
显而易见 , 深空探测任务绝大部分时间都是孤傲飞行在预定轨迹上 , 并没有实际任务可以开展 。 与此同时 , 假如让繁忙的地面深空探测网保持对它们的紧密亲密跟踪 , 不仅有效数据量有限 , 也会占用大量宝贵的资源 。 这对于拥有大量航天器的航天大国而言 , 是并不划算的买卖 。
因而 , 深空探测器在有地面介入的情况下完成指定操纵后 , 便会仅保存有限度通讯频率 , 节约自身资源和地面测控资源 。
例如 , 在2007年成功飞掠木星到2015年飞掠冥王星之间 , 新视野号绝大部分时间处在休眠状态 。 科学家团队甚至在办公室里放一个玩具熊来代表新视野号的工作状态 , 它长期在办公室的角落“睡觉” 。 幸运的是 , 2014年12月6日 , 它成功被从“冬眠”中唤醒 , 预备工作 。

深空探测器飞行过程中都在干什么?
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NASA的新视野号团队科学家预备“唤醒”休眠中的新视野号NASA
深空探测器飞行过程中都在干什么?】“兼职”从事其他支线任务
深空探测任务所携带的有效载荷 , 也可以在前提答应的情况下从事一些主线探测任务之外的工作 。 它们长期在太阳系中飞行 , 这是极好的对宇宙空间气候研究的机会 。