图1“旅行者”的飞行路径
目前,2个“旅行者号”探测器正在执行一项长期(1977-2025)的探测任务。它们在探索了外行星木星、土星、天王星、海王星之后,“旅行者”探测器到达了太阳系的边缘并正在飞向其最终目的地星际空间,它们现正在从未到达过的空间中飞行,不断书写NASA最成功最富创造性的星际探测传奇,其所处位置如图2所示。
图2 旅行者1号和2号飞行方向示意图
图3 旅行者1号探测器
“旅行者号”目前的任务阶段是星际任务,开始于1990年1月。星际任务对满足最近NASA在“空间科学计划”之“2000年战略规划”中制订的目标非常关键。自从2000年战略规划以来,其中一个目的是“了解太阳变化及其对太阳系的影响。 “旅行者号”是唯一能够持续探测外日光层的探测器。 2000年战略规划的另一个目的是“了解星系、恒星和行星的形成、互动以及进化”, 并“利用太阳系外部空间环境作为自然科学实验室,并走出太阳系的范围去探索太阳系附近银河系环境”。“旅行者号”是唯一处在能够进行这些星际环境探测的飞行器。“旅行者号”的长寿命使它们成为研究太阳风长期变化的理想平台。它们与太阳的距离使它们成为研究太阳风、爆发和宇宙射线的理想探测器。由于能够将其数据与地球轨道航天器(IMP8,WIN,ACE,SAMPEX)以及穿越黄道南北远端的“尤利西斯”数据作对比,大大增强了“旅行者”数据的理解。
如图4所示,每个“旅行者号”探测器载有以下设备:
等离子光谱仪(PLS)用来测量等离子区离子的速度、密度和压力;低能带电粒子(LECP)试验测量几十KeV到MeV范围内的电子、质子和重离子;宇宙射线系统(CRS)测量3~30MeV范围内宇宙射线的电子和原子核能量;三轴磁门磁力计(MAG)测量行星和星际磁场强度;等离子波系统(PWS)测量低射频电子密度分布图和等离子波—粒间相互作用;行星射电天文(PRA)实验研究来自木星和土星的无线电辐射信号;紫外线分光计(UVS)测量紫外线光谱中的大气特性;成像科学系统(ISS)包括一个窄角度、长焦距的相机和一个广角、短焦距相机;光偏振测量仪系统(PPS)采集排放强度数据,包括一个偏振器和一个滤波器,该滤波器用于220~730nm光谱范围内8个谱带中的1个;红外干涉分光计(IRIS)和辐射计测量行星、卫星和环局部和全局能量平衡以及垂直温度分布。
图4 “旅行者”探测器和其科学设备
注:HEF——高效率。
对 “旅行者号”的测控通信是由NASA深空网(DSN)负责,DSN由分布在全球按经度间隔接近120°分布的三处的深空站组成,分别位于美国加州的戈尔德斯通、西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉,深空网的操作控制中心位于美国加州帕萨迪纳的喷气推进实验室(JPL),如图5所示。NASA深空网是目前世界上能力最强、规模最大的深空测控通信系统,系统始建于1958年,1961年建成包括戈尔德斯通、澳大利亚伍墨拉和南非约翰内斯堡三个深空站的系统,1963年正式命名为深空网;之后在1965年新建了西班牙马德里和澳大利亚堪培拉两个深空站。直到1974年随着堪培拉和马德里站取代了伍墨拉和约翰内斯堡(NASA关闭了了两处设施),形成了目前的三站格局。