冥王星 到底是什么样的科学技术才能让新视野号宇宙飞船探索冥王星呢?

冥王星距离我们非常的遥远,平均距离大约是地球到太阳距离的40倍,要探索这么远的天体需要相当尖端的科学技术,美国航太总署(NASA)掌握哪些先进的技术让新视野号达成探索冥王星的任务呢?
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新视野号拍摄的冥王星影像。影像来源NASA
旅行者任务(Voyager program)是美国航太总署相当成功的外太阳系探索计划,这项任务由两艘相同的旅行者太空船组成。旅行者2号于1977年8月20日发射,16天后(1977年9月5日),旅行者1号也从佛罗里达州的卡纳维尔角出发。为什么先发射的旅行者太空船是2号,而不是1号呢?这是因为旅行者1号虽然较晚发射,但是后发先至,旅行者1号比2号先抵达木星和土星,所以后发射的称为旅行者1号。
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旅行者2号飞掠木星、土星、天王星和海王星,是唯一一艘探险过天王星和海王星的太空船,我们现在对这两颗行星的认识,很大一部分都是从旅行者2号飞掠获得的。
旅行者1号的旅程原本可以在经过木星和土星后直达冥王星,但是后来决定转向探索土星的卫星泰坦。泰坦是一颗拥有浓厚大气的巨大卫星,科学家推测那里可能有生命存在,所以泰坦成了旅行者1号的探索对象。转向泰坦后,旅行者1号就无法探访冥王星,要拜访冥王星就只有等下一艘太空船,不过这一等就是几十年。
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因为某些因素,美国航太总署的高层并不重视冥王星的计划,甚至百般阻挠。虽然美国航太总署愿意出资冥王星计划,但是提供的经费只够建造太空船,没有钱支付升空的火箭费用。空有太空船,没有火箭飞离地球也没用,这让冥王星任务计划主持人艾伦.史登(Alan Stern)相当头痛。
为了解决火箭的问题,艾伦.史登想到俄罗斯的质子火箭,如果俄罗斯愿意提供火箭就可以解决这个问题。艾伦.史登亲自飞到莫斯科,俄罗斯的答覆是可以,不过太空船上要携带一项俄罗斯的仪器,这个条件听起来很合理,让美俄携手探索冥王星成为可能。
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眼看问题就要解决,不过这桩美俄合作的好事,却因为电池的问题无法继续。
太空船离太阳愈远,能够接受到的太阳光就愈少,如果要靠太阳能板获得电力就愈困难。目前距离太阳最远,还使用太阳能板的太空船是朱诺号。朱诺号目前绕木星运行,它能接收到的太阳光不到地球的三分之一,朱诺号必需靠三面巨大的太阳能板,才能够让它在木星轨道上持续运转。
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到了土星太阳光大约只剩地球的百分之一,冥王星接收到的太阳光更是不到地球的千分之一,太阳光已经无法提供太空船需要的电力。旅行者和新视野号等探索外太阳系的太空船用的是电池,不过不是普通的电池,那是特制的核能电池。

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新视野号,图中右上方黑色圆筒撞的就是放射性同位素热电机。图片来源:NASA
这种电池称为「放射性同位素热电机」,它利用放射性元素钸产生热,再由热产生电力。新视野号的核能电池只能产生两百多瓦的电力,这样的电力相当弱,连家里吹风机的耗电都比它多。还好工程师设计的仪器耗电量都不大,省吃俭用还能让新视野号上的各个仪器运作顺畅。
太空船要搭载危险的放射性元素,要通过美国各个单位层层的审查,必须要在安全上万无一失。想要让俄罗斯的火箭发射这样高危险的物品,基本上美国国防部应该是不会批准的,所以政治上的因素,让俄罗斯发射太空船这件事就此打住。
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在各方的努力之下,新视野号好不容易有了美国自己的火箭可以发射,不过光靠火箭的推力要到冥王星的时间还是太久。最快省时的方法是算准时机飞过木星,让木星的重力助推一下,这可以让原本十几年的旅程缩短到不到10年。
新视野号以研究冥王星为主,在它之前的伽利略号则以木星为主要目标,当伽利略号抵达木星后,它会减速进入木星轨道绕木星运行,这样伽利略号就可以长时间研究木星。

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