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从迷失太空到相伴太阳:SoHO卫星的二十五年非凡之旅

SoHO(太阳和太阳圈探测器)卫星在太空工作的时长已经远远超出了NASA(美国国家航空航天局)和ESA(欧洲航天局)工程师的想象。 然而,如果不是帅福得电池为它提供动力,恐怕SoHO的任务还未开始就已结束。

SoHO曾在太空中两次失去联系,最初设计的两年服役期到现在已经超过了25年,但直到今天,SoHO卫星仍在围绕太阳运行,向地球上的科学家发回重要数据。 它能工作至今的一个重要原因就是卫星内部搭载了帅福得电池。  

SoHO由ESA和NASA于1995年12月联合发射,目的是通过绕日飞行了解太阳内部结构、外部大气结构和太阳风活动。按照设计,它应于1998年结束任务。然而直到今天,它仍在正常工作,并可能持续工作到2025年,届时它在太空的工作寿命将长达30年之久。

帅福得电池--太空生存的动力之源

这么长的服役时间在当时是无法想象的,因为在发射两年半后,由于一次常规操作中的失误,SoHO卫星几乎永远失联。 按照设计,SoHO应在日地拉格朗日L1点附近飞行。在这个点上,地球和太阳的重力场相互抵消,SoHO将在两大星体间保持静止,稳定飞行。  

然而,在校准保持卫星位置的陀螺仪时,地勤人员失去了对卫星的控制。更糟糕的是,由于SoHO的太阳能电池板也不在规定位置,因此它无法为卫星提供电力。地勤人员首先要做的是确定卫星位置,然后重新恢复与卫星的联系,为此他们持续奋战了数月。很多科学家曾因多次尝试失败而放弃,结果三个月后却迎来了成功。期间,只有电池在维持SoHO的运转。  

这正是为什么卫星要装配电池的原因。 绕地飞行的卫星在每次轨道运行期间会有一段时间接收不到太阳光,所以它们通常需要电池来供电。 而SoHO的设计是让太阳能电池板始终面向太阳,所以电池只在紧急情况下才启用。 幸运的是,它真的起作用了。  

太空电池不同于普通电池。它必须又小又轻,因为向太空发射火箭时,每增加一点重量都会增加发射的成本。它还必须能够承受火箭发射时的振动,等进入太空,又要能适应极大的温差。朝向太阳一侧的卫星表面温度可以高达250°C,而背向太阳的一侧温度可以低至零下150°C。所以卫星电池要能耐受这些极端情况,同时又必须在-10°C至40°C的温度下工作。电池必须满足所有这些要求,如果电池失效,卫星生命也就结束了。因此丝毫没有犯错的余地。

下一代太空电池

为SoHO供电的是一种镍基电池,它是帅福得自上世纪60年代以来为太空应用而专门研发的,并经过了多次升级换代。比如,最早发射的连接全球卫星导航系统的10颗GPS卫星(全球卫星定位系统)上搭载的就是帅福得电池。  

帅福得于1990年开始研发SoHO电池。SoHO进入太空时,新一代电池已经开始替代镍基技术电池。 自2000年初,锂离子电池开始投入使用,现在已成为帅福得太空电池项目的标配。这些电池的重量只有原来的五分之一,却能提供相同的电池容量,带来无可估量的优势。  

电池的寿命通常比所搭载的卫星寿命要长。当燃料耗尽而无法调整位置,或因所使用的技术需要更新时,卫星通常就会退役。 然而,SoHO的使用寿命比普通卫星的寿命长得多,充分证明了帅福得电池的耐用性。  

2022年,科学家将对SoHO的状况进行评估,但SoHO可能会在2025年之前持续发回观测数据。 SoHO提供的信息为人们揭示了太阳的运行情况,包括太阳可见表面下的复杂气流。SoHO也是太空天气研究的重要数据来源,比如我们知道了太阳风的扰动可以触发地球上的地磁风暴。  

目前共有6000多篇科学论文采用了从SoHO发回的数据。此外,SOHO还发现了4000多颗彗星,约占已知彗星总数的一半,几乎每三天就会发现一颗新的彗星。等到SoHO最终退役时,它必将对人类知识做出无与伦比的贡献。 但如果没有那一块小小的电池,可能在发射18个月之后,这一切早就戛然而止了。 

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