为什么旅行者号飞了43年还有动力？为什么也不会撞上小行星？

Question

如题所述

Answer 1

43年过去了，美国宇航局（NASA）的旅行者1号和旅行者2号还在太空中飞行，前者离地球222亿公里，相对于太阳的速度为17公里/秒；后者离地球185亿公里，相对于太阳的速度为15.3公里/秒。

这么多年过去了，为什么两艘旅行者号太空飞船还能继续飞行呢？它们的动力来自于哪里？它们不会撞上太空中的小行星吗？

事实上，旅行者号飞船早已消耗完燃料，它们现在是无动力在太空中飞行。而且太阳的引力已经无法把它们吸引回来，这两艘飞船的轨道是开放的双曲线，它们将会依靠惯性飞向遥远的星际空间。那么，为什么无动力的旅行者1号和2号还能飞出太阳系呢？

关于这个问题，就要涉及到第三宇宙速度。通过计算可知，从地球出发的太空飞船，只要初速度加速到16.7公里/秒（相对于地球），也就是第三宇宙速度，它们就能依靠惯性飞出太阳系。

在太阳系的不同位置，受到的太阳引力不同，所以对应的太阳系逃逸速度也是不一样的。越靠近太阳，受到的太阳引力作用越强，对应的太阳系逃逸速度越高，反之亦然。

旅行者1号和2号在离开地球时，火箭并没有能力把它们加速到第三宇宙速度，而只是让它们达到第二宇宙速度，使它们可以摆脱地球引力束缚，飞向地球轨道外侧的太阳系。旅行者号飞船最终能够飞出太阳系，还要得益于四大巨行星的引力加速。

旅行者号遇上了一百多年一遇的天象。木星、土星、天王星、海王星，这四大巨行星的排列方式很特别，它们运动到了太阳的同一侧，旅行者号在理论上可以一次性飞越四颗行星。

由于旅行者1号的探测任务在中途发生变化，因为拥有浓厚大气层的土卫六引起了天文学家的强烈关注，所以旅行者1号只相继造访了木星和土星。旅行者2号则相继造访了四大巨行星，这是人类至今唯一一次近距离探测天王星和海王星。

在几大巨行星的强大引力加速作用下，旅行者1号和2号都超过了它们各自所在位置的太阳系逃逸速度。因此，尽管它们已经耗尽用于加速的燃料，但仍然可以离开太阳系。

为什么旅行者号飞了几十年都没有撞上太空中的小行星？

在太阳系中，火星与木星之间存在小行星带，其中直径大于1公里的小行星数量至少有110万颗，而尺寸更小的小行星数量更多。尽管如此，旅行者号穿越小行星带时，也没有与其中的小行星发生碰撞，这是因为太空极其空旷。再加上小行星和旅行者号都很小，引力很弱，所以旅行者号与小行星相撞的可能性极低。

只要避免正面撞上几大行星，旅行者号就能安全地在太空中飞行。未来，当旅行者号进入更为浩渺的星际空间之后，它们更大可能不会撞上太空中的天体，这两艘无人太空飞船将会像太阳一样环绕银河系中心运动。

Answer 2

1977年，美国航天局先后发射了旅行者二号和旅行者一号飞船（没错，是先2号后1号）。四十多年过去了，这两艘飞船仍然在执行它们飞出太阳系的使命。目前旅行者一号飞船已经距离地球超过210亿千米，人类仍然能够接收到来自它的信号。NASA的实时监测显示旅行者一号目前相对太阳的速度大约是16千米每秒，相对地球的速度会随地球位置的不同而不同，大的时候可以超过40千米每秒，小的时候也有十几千米每秒。

一艘飞船以那么高的速度飞行了四十年，依靠什么做动力？其实飞船也好，卫星也罢，在几乎所有的时间里都是在做无动力飞行，只有发射阶段及轨道调整时才需要用火箭为它们提供动力。

发射旅行者号飞船时需要有强大动力的火箭将其送出地球。火箭并不是一直点燃，将飞船加速到一定速度后，燃料就会耗尽，继而火箭脱落。飞船获得了较高的速度后就可以逃逸出地球，无动力飞行时会到达太阳系其他行星处，利用引力弹弓效应还可以为自己加速，速度达到一定程度后就可以摆脱太阳引力的束缚，成为一颗逃逸出太阳系的星际飞船。第一宇宙速度及第二、第三宇宙速度就是飞船做无动力飞行时所需的最小发射速度。只要有了那样的初速度，后续的飞行就不需要提供动力。

在飞行过程中，飞船会经过火星和木星轨道之间的小行星带，也会经过土星的光环，但它们均平安无事。这主要是因为太阳系是非常空旷的，探测器和陨石相撞的几率几乎为零。在设计制造那些飞船的时候，并没有专门考虑怎么样避免陨石的撞击。如果真的发生了陨石和探测器的相撞，保护措施也很难产生效果，毕竟两者的相对速度至少是几千米每秒。在这样大速度的撞击下，保护措施会形同虚设。

其实可以类比一下东方红一号卫星。1970年中国的第一颗人造地球卫星东方红一号发射升空，到今年东方红一号卫星已经整整50周岁。美国、前苏联、日本等国家的第一颗卫星已经坠入大气层，而东方红一号卫星仍然在太空中遨游。卫星进入轨道后就失去了动力，其绕地运转完全是无动力飞行。五十年来东方红一号卫星见证了成千上万个飞行器进入太空，也见证了数千个探测器坠入大气层，却鲜见卫星和卫星发生碰撞，自己也没有和其他卫星或太空垃圾发生碰撞。

东方红一号的轨道在缓慢地降低，主要是因为其近地点高度只有400余千米，在那个高度会有非常稀薄的气体。气体分子不断和东方红一号卫星发生碰撞，使得卫星的高度逐渐降低。而旅行者号经过的太阳系空间气体分子会更稀薄，气体分子碰撞对其速度产生的影响非常小。

Answer 3

事实上，旅行者号飞船早已消耗完燃料，它们现在是无动力在太空中飞行。而且太阳的引力已经无法把它们吸引回来，这两艘飞船的轨道是开放的双曲线，它们将会依靠惯性飞向遥远的星际空间。

Answer 4

旅行者飞行了43年，还有动力是因为在太空当中没有了吸引力，根本就不需要动力，所以它就只能往前飞行，而且他用太阳能也能直接发电，供自己的正常使用。

Answer 5

当人类踏上太空，为了探寻更远的地方的时候，就需要飞行器来长远的工作，而提供动力在太空中最好的就是太阳能，当旅行者飞到太空的时候他就会展开双翼吸收太阳能，提供飞船源源不断的动力，飞行的时候自身也带导航功能所以不会撞到小行星。