在距离地球245亿公里之遥的宇宙中，旅行者1号已经孤独地探索了46年之久。这个由美国国家航空航天局在1977年发射的探测器，简直就是工程领域的一个奇迹。
这个五六十年前的航天器，在如此漫长的航程中，居然能够稳定运行而没有遭遇大麻烦，到底是怎么做到的呢？这背后有六大黑科技功不可没！
我们中国的航天器，未来有可能超越它吗？
打好基础：规划与动力源黑科技一：精密的规划与设计。当时最牛的科学家和工程师都参与了旅行者号的设计。他们用了最先进的技术和知识，确保旅行者1号能抵抗太空的恶劣环境，并长时间稳定运行。旅行者1号宇宙飞船在当年可是技术和工程上的巨星。它身上有很多厉害的技术和系统。
三轴稳定系统，是旅行者1号在太空里稳稳航行的秘密武器。它靠陀螺仪和控制系统，让探测器始终保持稳定的姿势，保证天线和其他设备都能稳稳地对准地球，这样数据传输就不会有问题，稳定又可靠。
计算机指挥系统（CCS），是旅行者1号的大脑。它负责指挥和管理探测器上的所有系统。这个大脑用的是最先进的计算机技术，数据处理和指挥能力超强，让探测器运行起来稳稳当当。
飞行数据子系统（FDS），是旅行者1号的数据仓库。它负责收集、保存和发送各种科学仪器的数据。这个仓库的容量大，数据传输快，而且不怕出错，能确保探测器在复杂的太空环境里持续发回珍贵的数据。
姿态和铰接控制系统（AACS），是旅行者1号保持正确姿势的得力助手。它有很多灵敏的传感器和执行机构，时刻监测和调整探测器的姿势，确保它按照计划顺利航行。
黑科技二：核能动力源。旅行者1号用了一种叫做放射性同位素热电发电机（RTG）的神奇东西来提供动力。这种发电机超级牛，它能把钚-238衰变时产生的热量变成电力。这种电源超级可靠，能一直工作几十年，所以旅行者1号才能在太空里持续飞行这么久。
每个RTG一开始能提供约474瓦的电力，给旅行者1号的科学实验提供动力。虽然因为钚-238的不断衰变，发电机每年产生的电力会稍微少一点，但RTG还是让旅行者1号能在太空中运行了40多年，即便面对各种恶劣条件。这足以证明这种电源非常可靠和持久。
旅行者1号上有三个这样的发电机，它们一起工作。每个RTG都由下面几个部分组成。放射性同位素热源，这部分是用钚-238做的，它在衰变时会释放能量。这些能量就像小炸弹一样，撞击容器的内壁，产生热量。热电转换器，这个部件很厉害，它能把钚-238衰变产生的热量变成电力。
气压通风系统，这个系统负责管理RTG内部的气压，确保一切运行正常。温度传感器，这些小零件会实时监测RTG内部的温度，确保发电机不会过热。连接器、散热圆柱形容器和支架，这些部件就像RTG的“家”，它们把RTG固定在航天器上，并帮助散热。
超前部署：冗余系统与远程重编程黑科技三：冗余系统。旅行者1号飞行距离超过245亿公里，万一某个部件坏了怎么办？别担心，就算一个部件坏了，它也能继续工作。在设计旅行者号时，工程师们特意为航天器增加了备份系统。以下是旅行者号使用的一些关键冗余系统和技术。
双冗余计算机系统：旅行者号的核心计算机就像它的“大脑”，由三个部分组成，每个部分都有双份备份。这些“大脑”包括计算机司令部系统（CCS）、飞行数据子系统（FDS）和姿态和铰接控制系统（AACS）。CCS就像是“指挥官”，负责告诉FDS和AACS做什么，怎么做。
备份飞行数据系统（FDS）：美国国家航空航天局为了旅行者号和旅行者2号设计了特殊的存储器来存储任务数据。每艘飞船都有一个备用的FDS模块，但旅行者1号的这个备用模块在1981年出了一点小问题，所以到2023年它就没有硬件备份了。
冗余推进器和陀螺仪：旅行者号1号有16个推进器，帮助它在太空中移动。其中，有三个陀螺仪特别重要，它们负责让飞船保持稳定的姿势。另外，还有8个备用的推进器，以防其他推进器出现问题。
冗余放射性同位素热电发生器（RTG）：旅行者号1号有三个RTG，它们就像是小型的核电站，利用钚-238衰变产生的热能来供电。这种冗余设计确保即使其中一个RTG出现问题，其他两个也能继续工作。
这些冗余系统非常重要，因为即使飞船在太空中运行了很长时间，也可能出现一些问题。但有了这些备份系统，旅行者号1号就能够自主切换到备用系统，继续它的任务。这证明了旅行者号1号的制造质量是非常高的，即使使用了过去的技术，它仍然能够与地球通信，并接收新的指令。
黑科技四：远程重编程。就算在遥远的太空，科学家们也能远程给旅行者1号下指令，让它优化性能或解决问题。这给工程师们带来了极大的便利。2024年，旅行者1号遇到了一个麻烦，它的飞行数据子系统（FDS）中的一个存储芯片出了问题，这影响到了它准备传输的数据。
其实早在2023年底，这个问题就开始显现了，因为航天器开始发送一些无法读取的数据。美国国家航空航天局的工程师们花了好多个月，最后发现是一个有问题的存储芯片导致的。但这个芯片为什么会坏，具体的原因还不清楚，可能是用得太久磨损了，也可能是被太空中的高能粒子撞到了，导致它没法正常工作。
这个出问题的芯片里存着FDS的一部分数据和软件代码，所以导致旅行者1号传回来的数据都乱了。因为这个芯片没法修，工程师们就想了个办法。他们把这个芯片里的软件代码转移到子系统里的其他存储位置。但是代码太大了，一个位置放不下，所以他们就把代码分成好几部分，放在不同的地方。
然后他们又调整了一下这些代码，让它们能够一起正常工作。存储器系统和软件定义无线电的这些进步，让像旅行者1号这样的航天器变得更加强大和灵活。它们让数据处理变得更快更好，还提高了航天器的可靠性。即使在太空那种恶劣的环境下，这些进步也能帮助航天器更好地应对各种突发情况。
借力打力：重力辅助与极简设计黑科技五：重力辅助。
旅行者1号利用木星和土星的引力来增加自己的速度，这样它就能飞得更远，更节省燃料。就像借了木星和土星的“顺风车”一样，让旅行者1号获得了逃离太阳系所需要的足够速度。
重力辅助，有时候大家也叫它重力弹弓。这项技术非常巧妙，它利用了像行星或月球这样的天体引力来帮助航天器改变速度和轨迹。简单来说，它涉及三个角色：航天器、提供能量的太阳系天体（比如行星），还有控制航天器路径的那个中心天体。
以旅行者1号为例，它巧妙地利用了木星和土星的引力，让自己速度变快，最终成功逃离了太阳系。想象一下，旅行者1号在太空中飞行时，感受到了木星的强大引力，于是它开始往木星的方向倾斜。在这个过程中，旅行者1号和木星之间发生了一种能量交换。
虽然它们两个相对于彼此的能量没有变，但是它们相对于那个中心天体的能量却变了。具体来说，旅行者1号从木星那里获得了能量，而木星则相应地失去了一些能量。这样一来，旅行者1号就得到了加速，继续它的宇宙之旅。
黑科技六：极简主义设计。为了让旅行者1号更稳定，它的设计非常简洁，几乎没有活动部件，大大降低了故障的风险。工程师们采取了极简主义原则，让它的结构尽量简单，减少了出错的可能性。毕竟在太空中，环境非常恶劣，一旦出现问题，很难进行实际的维修工作，所以确保可靠性是非常重要的。
我国航天器可能超越旅行者一号吗？中国的探测器除了借鉴旅行者1号背后的六大黑科技，还应该超越旅行者1号的科技背景，把21世纪的最新科技融入自己的探测器里。
自主导航技术：为了让探测器在太空中自己导航和定位，我们可以研发更先进的自主导航技术。这样，探测器就能更独立地行动，不需要总是依赖地面的指令。这种技术让探测任务更灵活，即使面对未知的情况或任务变化，探测器也能自己应对。
智能决策系统：智能决策系统相当于探测器的“大脑”，它可以根据环和任务需求，自动为探测器做出决策。这样，探测器就能更好地适应复杂的探索任务和不确定的环境条件，变得更加聪明和灵活。
新型能源技术：我们正在研究的新型能源技术，比如更高效的太阳能电池、核聚变等，可以给探测器提供能源。这样，探测器就不需要总是依赖传统的能源系统，可以在长期探索任务中持续工作，更加持久和稳定。
机器学习和人工智能应用：为了让探测器更好地处理和分析从太空中收集到的海量数据，我们可以引入了机器学习和人工智能技术。这些技术可以帮助探测器团队更快地理解和利用这些数据，加速科学发现和探索的进程。
融入了21世纪的最新科技并拥有强有力的自主开发技术，相信中国的探测器一定能走得更远。
参考资料：
旅行者号的故事 人民邮电出版社2019
