馬德里的深空網路天線接收到了一個微弱且出乎意料的無線電訊號——來自一個失蹤航天器的呼喚。那是2001年4月。“先鋒10號”失蹤了，人們擔心它已經死亡，已經有八個月了，但它正在打電話回家，告訴科學家們它仍然活著，並且狀態良好。英勇的“先鋒10號”在2002年慶祝了它30歲的生日，今天，“先鋒10號”屬於一個拒絕死亡的精英航天器群體。
在發射超過四分之一個世紀後，“先鋒10號”、“旅行者1號”、“旅行者2號”和“IMP-8號”航天器仍然運轉良好。在七十年代和八十年代的主要任務期間，它們為我們提供了對木星、土星、天王星和海王星大氣層以及地球周圍太陽風狀況的獨特見解。今天，由於地面上敬業的太空科學家進行了一些巧妙的遠端維修工作，這些探測器繼續向家裡傳送無線電訊號明信片，告訴我們通往星際空間的道路。
“先鋒10號”於1972年3月2日發射，前往木星進行考察。為了慶祝它30歲的生日，科學家們向這艘退役的航天器傳送了一個特殊的訊號。在穿越了74億英里，經過22個小時後，“先鋒10號”的回應清晰響亮地傳了回來——其功率相當於一個夜燈。但是，如果沒有仔細的遠端控制操作，“先鋒號”最近傳送的訊息很可能在太空中丟失。
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黑暗中的機動
在太空運行了二十五年半之後，“先鋒10號”的天線已經偏離了目標點。1997年，美國宇航局的研究人員意識到，他們需要將天線重新指向地球，以保持與航天器的聯絡。但是，瞄準過程存在永久性使“先鋒10號”靜音的風險。為了獲得足夠的操作功率，“先鋒10號”的發射器不得不關閉。“我們擔心，在太空深處的寒冷環境中關閉發射器的行波管，然後再重新開啟，會引起熱衝擊，可能會震碎管中的螺旋線[對於傳輸至關重要的元件]，”美國宇航局艾姆斯研究中心的“先鋒號”專案經理拉里·拉舍解釋說。但是，“這艘堅固的航天器在盲操作的情況下成功執行了90分鐘的[機動]程式，”他說。
對於最初僅計劃進行為期21個月的木星任務的航天器來說，這還不錯。“先鋒10號”要到達這顆巨大的行星，首先必須穿越（當時）看似無法穿透的小行星帶。在1960年代，當“先鋒號”的任務正在規劃時，已經確定了3000多個大型小行星的軌道，因此可以避免，但是仍然認為小行星帶中的微小顆粒會構成重大威脅。科學家們無法估計多次碰撞後可能會嚴重損壞航天器的顆粒大小顆粒的數量。“只有去那裡才能正確評估危險，”旅行者號和尤利西斯號專案經理埃德·B·馬西說，他描述了後來的任務對“先鋒號”的欠債。“當‘先鋒號’成功穿越小行星帶時，它已經證明了不存在足夠傷害航天器的小碎片濃度。”
經過三十年，“先鋒10號”為所有未來的航天器開闢了一條穿越小行星帶的道路，拍攝了第一批木星及其衛星的特寫影像，然後駛出了太陽系，該航天器於1997年正式退役。但是，正如拉舍指出的那樣，“退休後的‘先鋒10號’仍然作為一種有價值的太空資源為公眾服務，而無需納稅人額外付費。” 它已被用於培訓航天器控制員的跟蹤站協議，並繼續被跟蹤作為通訊技術研究的一部分。
黑暗邊緣
“先鋒10號”還繼續研究其早期發現提出的一個難題：太陽影響的邊緣到底在哪裡？根據拉舍的說法，最初的“先鋒號”任務提出的最大驚喜之一是太陽風的持續存在，這是從太陽輻射出的帶電粒子流。在“先鋒號”之前，人們認為太陽風的影響會延伸到木星；但即使現在，“先鋒號”的距離為75億英里，它仍然沒有逃脫太陽的長臂。
這個難以捉摸的邊緣被稱為日球層頂邊界，在這裡，太陽風的壓力與宇宙射線的星際風的壓力相等。人們認為，在它之前是終端激波，太陽風從超音速突然減速至亞音速流。“先鋒號”的蓋革管望遠鏡應該能夠透過測量宇宙射線計數增加來定位邊界。
但是，在經歷了充滿戲劇性首創的歷史之後，“先鋒10號”將不得不滿足於在這場馬拉松比賽中獲得亞軍。最有可能第一個遇到星際空間的將是最近發射的“旅行者1號”航天器，它本身也是一位功成名就的長跑選手。
前往木星及更遠的地方
“旅行者1號”今年也迎來了一個重要的生日，即2002年9月5日滿25歲，“旅行者1號”在1998年2月超越了“先鋒號”，成為最遠的人造物體。像它的先驅表親一樣，“旅行者1號”不顧一切，生存的時間是其最初四年任務長度的六倍以上。
“旅行者1號”和“旅行者2號”於1977年出發，前往木星及更遠的地方。時機的選擇利用了每175年發生一次的罕見的行星排列，這使得可以對木星、土星、天王星和海王星進行一次經濟之旅。為了節省燃料重量，這兩個航天器都採用了“彈弓”方法，利用經過的每個行星的引力來彎曲飛行路徑並提高速度。緊隨“先鋒10號”的腳步，“旅行者1號”在開始其星際任務之前前往了木星和土星，而“旅行者2號”則進行了完整的四行星之旅。這兩艘“旅行者號”在地球以外的木星衛星“艾奧”上發現了火山活動的首個跡象，並發現土星的大氣層幾乎完全由氫和氦組成。
“旅行者號”的壽命可以部分歸因於在“先鋒10號”和“先鋒11號”任務反饋後進行的最後時刻的設計更改。（“先鋒11號”的任務也在飛過木星後結束，其最後一次傳輸於1995年9月30日收到。）“‘先鋒號’發現木星的輻射帶比預期的要強得多，而‘旅行者號’雖然比‘先鋒號’更復雜，但也更容易受到攻擊，”馬西解釋說。“必須找到能夠承受強烈輻射的光學玻璃和電子元件，並且必須修改儀器和其他空間子系統。”
還必須感謝原始設計團隊在為潛在的任務擴充套件做準備時的遠見。每個航天器都裝有車載備用系統，如果需要，可以從地面啟用。在2002年4月，當“旅行者1號”的定位能力受到威脅時，該團隊不得不求助於其中一個備用系統，在這個過程中創造了最遙遠航天器維護的新紀錄。“我們正在切換到一個已經使用了20年的系統，雖然我們感到有信心，但我們並不確定它是否會起作用，”馬西說。在一次臨時切換過程中，機載計算機對航天器的位置感到困惑，誤將太陽當成了地球，幾乎導致與地面的通訊中斷。該團隊不得不指示“旅行者1號”在最終切換過程中嘗試使用陀螺儀保持穩定，因為它不能依賴其計算機太陽位置感測器。“在切換之後，只有大約15分鐘的時間來分析資料，並決定是否繼續進行永久切換，”馬西說。但是，該團隊相信過渡是成功的，今天，“旅行者1號”的備用系統運轉得像25年前的原始系統一樣順暢。
現在，兩艘“旅行者號”也在前往日球層頂。憑藉比“先鋒號”更精密的儀器，它們可用於研究不受太陽風影響的區域中的星際場、粒子和波。然而，為了理解接收到的資料，科學家們必須清楚地瞭解太陽風如何調節銀河宇宙射線。還有誰比“IMP-8號”更適合尋求建議呢？“IMP-8號”是一艘在收集長期太陽過程資料方面擁有近30年經驗的航天器。
關於本土前線
“IMP-8號”是星際監測平臺（IMP）系列中的最後一艘，於1973年10月26日發射進入軌道，以檢查太陽風。先前的IMP壽命最長為六年，通常在航天器屈服於大氣阻力時結束。被送入比其同胞更高的軌道——幾乎是到月球距離的三分之二——“IMP-8號”被標記為工作壽命為五到十年。相反，這艘小型鼓形航天器，直徑135.6釐米，高157.4釐米，在2001年暫時退役之前，進行了28年的活躍服務。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的科學家們為“IMP-8號”安裝了太陽能電池板，使其能夠在電池耗盡後繼續執行任務。然而，它在前進道路上遇到的其他挫折，例如其傳輸頻率的最終過時，更難預測和解決。
IMP-8 沒有配備機載磁帶錄音機；相反，它以每秒 6,000 位元的速度將資料傳輸回地球。這種持續不斷的資料流對於理解長期的太陽活動過程至關重要；超過一千篇科學論文引用了 IMP 的研究結果。然而，由於沒有磁帶錄音機，因此必須在地面上有足夠的覆蓋範圍來接收航天器的訊號，這些訊號是以日益過時的甚高頻（VHF）頻率廣播的。自 1974 年以來一直擔任 IMP-8 專案科學家的約瑟夫·H·金髮現自己正在向所有他認為能夠支援甚高頻捕獲的人尋求幫助。“在 1980 年代初，一位歐洲航天局（ESA）的科學家訪問了戈達德，我請他幫忙。結果，位於比利時雷杜的歐空局地面站捕獲了大約 16 年的 IMP 資料，”金說。“另一個例子是，大約在 1994 年，我們在戈達德‘趣味跑’結束後冷卻時，我問了一位戈達德太空飛行中心（GSFC）的工程師。他參與了 NASA/NSF（美國國家科學基金會）在南極的臭氧專案。然後他在麥克默多海峽建造了一個專門用於接收 IMP 訊號的天線，該天線運行了兩到三年，然後在澳大利亞堪培拉被複制。” 具有諷刺意味的是，除了位於弗吉尼亞州沃洛普斯島的“常規”NASA地面站外，在雷杜和堪培拉的臨時地面站的幫助下，IMP 在其原始任務結束時，覆蓋範圍比前十年還要廣。
美國國家航空航天局（NASA）在 2001 年 IMP-8 發射 28 週年之際正式停止接收其訊號，此前其用於研究磁場的磁力計發生故障。但是，這架堅韌的小型 IMP 繼續在其 12.5 天的地球軌道上執行併發送訊號，與此同時，科學家們遊說 NASA 繼續將 IMP-8 用作宇宙射線監測器。為了表彰它的堅持不懈，三個月後 IMP-8 被再次啟用，為當前的旅行者號任務提供支援。科學家們可以將 IMP 近地太陽等離子體和高能粒子資料與旅行者號的資料結合使用，以評估當粒子被帶到旅行者號的距離時太陽風條件的變化。
NASA 計劃讓 IMP-8 以這種輔助角色執行到 2005 年。與此同時，“旅行者 1 號”和“旅行者 2 號”的計劃更長遠；它們的放射性電源應該能夠讓它們至少執行到 2020 年。“先鋒 10 號”呢？它正朝著大約兩百萬年才能到達的金牛座星座前進。“先鋒 10 號”、“旅行者”雙星和 IMP-8 都表明，你無法阻止一艘優秀的航天器繼續工作。
澤婭·梅拉利在羅德島州普羅維登斯工作。