Voyager 项目寿命将尽，NASA 项目科学家面临艰难抉择
维持 Voyager 的运行：标志性任务接近尾声，NASA 项目科学家面临艰难抉择
“这有点像失去了一个最好的朋友。”
Voyager 飞船的艺术家概念图。 NASA/JPL-Caltech
1977 年，两艘探测器在不到一个月的时间内相继发射，开始了前往遥远宇宙的任务。这对 Voyager 双子飞船将前往其他任务从未到达的地方，探索我们太阳系周围的巨大气泡之外，超出我们恒星影响范围的区域。
Voyager 1 于 2012 年到达星际空间的起点，而 Voyager 2 于 2018 年到达边界，超越了环绕太阳系的保护性气泡，即所谓的太阳层顶。 Voyager 探测器是第一批进入星际空间的飞船，并且已经在探索这个陌生的区域近 48 年。但是所有美好的事物终将结束，随着这个标志性任务接近尾声，它正在逐渐失去动力。
Voyager 的动力来自衰变钚产生的热量，这些热量被转化为电能。每年，老化的飞船会损失约 4 瓦的功率。为了节约能源，任务团队已经关闭了任何被认为不必要的系统，包括一些科学仪器。每艘 Voyager 飞船最初都有 10 个仪器，但现在每艘只有 3 个。这两艘飞船现在有足够的电力运行大约一年左右，之后工程师们将被迫关闭另外两个仪器。
除了提出创造性的解决方案来解决影响飞船的威胁性故障， Voyager 团队的一些成员从任务一开始就参与其中，他们被迫做出这些艰难的决定，以维持任务的进行，同时应对恶劣的太空环境。
Voyager 任务的项目科学家 Linda Spilker 在接受 Gizmodo 采访时谈到了操作过时的飞船所面临的挑战，并将 Voyager 的知识传递给加入任务的新一代科学家和工程师。
为了清晰和简洁起见，本次访谈经过了轻微编辑。
Passant Rabie, Gizmodo: 您在 Voyager 任务中工作了多久？
Spilker: 我于 1977 年开始在 Voyager 工作，这是我大学毕业后的第一份工作，当时我可以在 Viking 扩展任务或 Voyager 任务之间做出选择。当然，我以前没有听说过 Voyager。所以我问，Voyager 要去哪里？他们说，如果一切顺利，Voyager 2 将前往木星和土星，然后前往天王星和海王星。我想，我的天啊——我记得三年级的时候，我得到了一架小望远镜，我过去常常用它来观察月球、木星和土星，寻找木星周围的小卫星，看看我是否能发现土星周围的光环。所以想到有机会去拜访这些世界，它们在我的小望远镜里真的只是小点，我说，“报名算我一个。”
Gizmodo: 多年来，这项任务是如何演变的？
Spilker: 与行星探测时期相比，现在从事 Voyager 工作和控制 Voyager 飞行的人数要少得多。我们已经关闭了 Voyager 上的许多仪器。我们在遥感仪器、相机、光谱仪等设备上拥有非常庞大的团队，这些设备位于航天器末端的吊杆上。随着仪器的关闭，任务规模缩小了。
在海王星之后，人们确实认为 Voyager 可能只会持续几年，因此他们组建了一个非常小的团队，从某种意义上说，他们基本上是在整理一切，并将 Voyager 置于可以长期运行的模式。许多工程师和科学家都离开了任务，只留下一个非常小的运营团队来执行我们所说的 Voyager 星际任务。
挑战在于，我们能否到达太阳层顶？我们不知道它在哪里，我们也不知道它有多远。我们到达了海王星，然后我们想，“好吧，也许只有另外 10 个 [天文单位] 左右，再远一点，再远一点。”因此，每次我们走得更远一点，建模人员都会回去，挠头说，“啊，可能会更多一点，更远一点，”如此等等，直到最后，Voyager 1 在 2012 年穿过了太阳层顶。如果你想一下，那就像任务开始后的 21 年。六年后的 2018 年，Voyager 2 穿过了太阳层顶，从那时起，他们一直在星际空间飞行，对星际空间中的粒子、宇宙射线丰度、磁场进行独特的测量。基本上，这是一个探索的机会——一旦你穿过那个边界，就会有一个全新的区域，一个全新的星际空间领域。
Gizmodo: 关闭 Voyager 的仪器是一个情绪化的决定吗？
Spilker: 我当时和宇宙射线仪器负责人谈话，我说，“哇，看到你的仪器被关闭，这对你来说一定非常艰难。”他在 20 世纪 70 年代初帮助制造了这个仪器。这个仪器一直在向你发送数据，并且已经成为你生活的一部分超过 50 年了。他说，对于整个团队来说，想到要关闭它都是一件很艰难的事情。这有点像失去了一个最好的朋友，或者是一个已经成为你生活的一部分很多年的人，然后突然，它就沉默了。
与此同时，你也会为你参与其中感到自豪，你的仪器获得了这么多伟大的数据——所以这是一种复杂的情感。
Gizmodo: 长期运行一项任务会面临哪些挑战？
Spilker: 航天器是在 20 世纪 70 年代制造的，所以我们当时拥有的是那时的技术。我们没有太多的计算机内存，所以我们必须非常小心，仔细考虑我们如何利用这微小的计算机内存。
因此，这些老化组件面临的挑战是，关键部件失效还有多久？我们已经远远超过了四年的保修期。而且我们每年的功率都在下降，大约每年下降 4 瓦，所以我们必须每年在航天器上找到 4 瓦的功率来关闭。航天器有很多冗余，这意味着每台计算机和所有关键部件都有两个。我们已经能够关闭这些备用单元，但我们现在处于这样的地步，为了真正获得大量的电力，剩下的只有一些科学仪器可以关闭。所以，这就是我们所处的位置。
当然，如果功率降低，内部温度也会下降。有一种叫做总线的设备，里面装有所有的电子设备，而且它变得越来越冷。总线外部是通往推进器的微小肼管线，所以我们开始担心热约束。管线在冻结之前能有多冷？其他一些组件在停止工作之前能有多冷？所以这是另一个挑战。
“但我们希望我们能让一个，甚至两个航天器都到达 2027 年的 50 周年纪念日。”
然后是一些微小的推进器，它们可以对齐航天器并保持天线指向地球，这样我们就可以将数据发回，它们正慢慢地被小块的二氧化硅堵塞，所以它们的喷射变得越来越弱。这是我们正在经历的另一个挑战，需要加以平衡。
但我们希望我们能让一个，甚至两个航天器都到达 2027 年的 50 周年纪念日。 Voyager 的黄金周年纪念，甚至可能在 21 世纪 30 年代初让一个，也许两个科学仪器继续工作。
Gizmodo: 航天器使用的语言呢？
Spilker: 它们使用一种叫做机器语言的东西，我认为这是一种 Voyager 程序独有的语言。有三台不同的计算机，一台姿态控制计算机，另一台用于命令，还有一台基本上配置数据并将其发送回地面。
因此，你必须配置这些非常小的内存，而且它使用一种现在几乎没人使用的机器语言。我们请来了一些专家帮助我们解决航天器上遇到的一些问题，或者其他工程师不得不学习机器语言。我们的一台计算机上出现了一个芯片故障，所以我们不得不重新编程该计算机，因此我们请来了一些专家，他们真的很喜欢尝试排除故障并找出问题所在。这就像一个侦探故事，你知道，我们能做什么？他们弄清楚了，而且奏效了。
对于 Voyager 来说，经常发生的情况是，一切看起来都很好，然后航天器上出现了一些问题。在这种情况下，我们突然从每天都收到数据变成了只收到一种音调，一种表明航天器仍然存在的信号。
一个很好的类比是，从收到 Voyager 的来信——你打开它们并阅读每天发生的事情——到现在收到一封信，打开它，发现它是空白的。你没有收到来自 Voyager 的任何信息。想象一下你的计算机出现故障，屏幕一片漆黑。
我们当时正在发送命令，试图找出发生了什么事，最终得到了一种叫做内存读出的东西，我们发现一个芯片坏了。我们知道计算机程序的哪些部分位于该芯片上，然后就是将这些部分取出，然后在计算机的其余部分找到足够的可用空间来重新编程并使其再次工作的问题。但在引入这些人时，从哪里开始呢？在 70 年代，我们没有今天这样的计算机。许多 Voyager 材料都在备忘录中，有时备忘录会以 PDF 文件的形式扫描进去。因此，你必须真正地进行一种搜索，比如，对我来说，查看哪个最有用。一些工程师在墙上贴了一张很大的图表，上面是计算机的样子以及它必须经过的所有路径，才能弄清楚一切。他们只是在弄清楚的过程中贴满了便利贴。
这是将真正了解和理解该计算机的人——一位退休人员真正了解飞行数据系统计算机——和主题专家结合起来，我们将他们介绍给 Voyager 团队并让他们一起工作。与此同时，科学家们正在耐心地等待他们的数据返回。
Gizmodo: 您提到团队多年来一直在缩小规模。基本上一直以来都是同一批人在从事这项任务，还是您必须引入新人并向他们介绍情况？
Spilker: 正如你所能想象的那样，大多数人都是新人。真正帮助在 20 世纪 70 年代制造这些仪器的人员只有少数，而剩下的科学家中，只有少数人从一开始就参与了这项任务，直到现在。
我们实际上召回了一些已经退休的人，他们当时参与了 Voyager 的建造和编码，所以他们现在回来兼职工作。退休人员非常乐意回来帮助我们。当然，也有很多年轻人加入了进来，带来了他们自己的经验，因此我们最近一直在培训几位新人来担任我们需要运营的角色。
在科学方面，有一系列的客座研究员——基本上是建模人员和理论家——他们与 Voyager 团队的科学家合作，帮助传递这些知识。换句话说，指导下一代未来可能希望使用这些数据的科学家。
Gizmodo: 作为一名科学家，您从 Voyager 任务中学到的最重要的事情是什么？
Spilker: Voyager 为未来的任务留下了面包屑，留下了线索。 Voyager 的目标之一是看穿土星卫星 Titan 的表面。我们不知道它的表面是否有液态海洋，也不知道它的表面是什么样子。在 Voyager 飞掠 Titan 时，我们发现它的任何仪器或相机滤镜都无法穿透雾霾。这看起来就像一个雾霾城市里糟糕的一天。
正是 Voyager 的发现（或者说未能发现）无法看到 Titan 的表面，才促成了 Cassini 任务的诞生。在 Voyager 飞掠之后，NASA 和 European Space Agency 聚集在一起说，“我们需要回去。”
我有机会在 Cassini 上工作。我很早就加入了，并帮助形成了任务概念。我在 Cassini 上工作了大约 30 年，然后任务于 2017 年结束。在那时，我正在考虑退休，但后来我获得了回到 Voyager 的机会，与 Edward Stone [他从 1972 年到 2022 年担任 Voyager 的项目科学家] 和科学团队一起工作，并回到我最初开始的任务。
我回到家，告诉我的丈夫，“我想我不会退休了。”
Spilker 在位于加利福尼亚州帕萨迪纳的 NASA Jet Propulsion Laboratory 的 Von Karman Auditorium 举行的一次聚会上，解释了幸运花生这一传统，该传统可以追溯到 20 世纪 60 年代的 Ranger Project。照片来源：NASA/JPL-Caltech
Gizmodo: 现在任务即将结束，你感觉如何？
Spilker: 我们希望让一艘或两艘航天器都能到达 Voyager 的黄金周年纪念日，那将在 2027 年。随着我们越来越接近任务的结束，对我个人而言，这有点像以某种方式结束我的职业生涯——因为一旦 Voyager 任务结束，我可能会退休。我只是真的，真的很高兴能参与其中。
Gizmodo: 一直以来，人们都在争论我们是否应该发射另一个星际探测器。我想知道您对此有何看法？
Spilker: 我认为这将是一个伟大的主意，它甚至可以比 Voyager 走得更远。
我们知道，物质主要来自超新星爆炸，而这些爆炸会在太空中形成充满爆炸恒星物质的气泡。地球和其余行星都位于这个太阳层顶[环绕我们太阳系的气泡的外边缘]内。但是还有其他的气泡。
你可以想象，每次你有一个超新星，你就会得到一个新的气泡，而这些气泡都在太空中。你必须继续走多远才能到达另一个气泡？离开太阳越远会是什么样子？ Voyager 任务的问题之一是，太阳的影响会持续到星际空间多远？
我们仍在研究和思考一种星际探测器，它将比 Voyager 走得更远、更远。你谈论的是一项多代任务。
Gizmodo: 我们是否应该已经发射了一个？
Spilker: 有太多有趣的地方可以去了。在 Voyager 之前，我们不知道太阳层顶是什么样的。然后，这种对星际空间的品尝让我们想要回去。
这就像去过很多地方一样，你可以回答所有这些问题并做出巨大的发现，但你留下了一份问题清单，这份清单比你回答的问题要长得多。
Gizmodo: 您是否担心在 NASA 目前的情况下，我们无法再次重现像 Voyager 这样的任务？
Spilker: 我们正在进入一个全新的、有趣的时代。私营行业希望在进入太空方面发挥更大的作用。在某种意义上，其中一些更大的火箭可以在更短的时间内将任务送到天王星或海王星。
我看到了充满希望的迹象，但当你需要平衡预算和其他需要关注的事情时，这总是很艰难。但是如果你看看我刚开始在 NASA Jet Propulsion Laboratory 工作到现在，在太空中飞行的任务数量——无论是前往行星的任务还是研究我们太阳的任务——今天的任务数量都多得多。科学任务和我们对自身在宇宙中的位置的理解已经蓬勃发展。
所以我充满希望，总会有艰难的时刻需要度过。我们以前经历过艰难的时刻，我认为我们将度过这一次。