距离地球超过 150 亿英里的人类制造物体 Voyager 1，正在经历其任务生涯中最精密的能源消耗管理。2026 年 4 月 17 日，美国宇航局喷气推进实验室的工程师向这台已在深空运行近 49 年的探测器发送了关闭低能带电粒子实验仪器的指令。这是 NASA 为延长人类唯一星际探索器使用寿命而采取的最新策略，反映出深空任务设计中能源预算约束的残酷现实与工程团队的极致优化能力。
放射性同位素热电发电机的物理基础
Voyager 1 与其双胞胎 Voyager 2 均依赖放射性同位素热电发电机提供电力，这种装置通常简称为 RTG。RTG 的核心是钚 - 238（Pu-238）氧化物球体，通过钚原子核衰变产生的热量驱动热电偶将热能直接转化为电能。钚 - 238 的半衰期约为 87.7 年，这意味着每年约有 0.78% 的放射性同位素发生衰变，导致热源产生的热量持续下降。
从任务初期的发电功率来看，每台 Voyager 探测器的 RTG 初始输出约为 470 瓦。经过近半个世纪的衰变，当前功率已下降至不足 240 瓦，而 NASA 公开的数据显示两台探测器每年净损失约 4 瓦电力。这种持续衰减的曲线并非线性 —— 随着温度下降，热电转换效率本身也会降低，实际功率下降速度略快于单纯的同位素衰变率所预测的水平。
工程师面临的核心挑战在于：探测器上的科学仪器、加热器、通信系统以及姿态控制推进器都需要稳定的电力供应。当总需求超过可用电力时，系统必须做出取舍。要么关闭部分负载以匹配持续缩减的能源供给，要么在电力耗尽后彻底终止任务。NASA 选择的是前者，并且将这种取舍推向了系统性的极致优化。
仪器关闭的优先级决策框架
Voyager 探测器各携带 10 台科学仪器，最初设计用于外太阳系行星飞掠探测任务。在完成对木星、土星、天王星和海王星的探测后，部分仪器已关闭，因为它们的观测目标已经不复存在或数据价值已大幅降低。剩余仪器的关闭顺序并非临时决策，而是由科学团队与工程团队多年共同规划的结果。
2025 年 3 月的决策具有标志性意义 NASA 关闭了 Voyager 1 的宇宙射线子系统实验仪，该仪器由三台望远镜组成，用于研究来自银河系和太阳的宇宙射线，测量其能量和通量。这套仪器在确定 Voyager 1 何时穿越日球层顶、进入星际空间的过程中发挥了关键作用。同一天，NASA 还关闭了 Voyager 2 的低能带电粒子仪器，计划于 2026 年关闭该探测器的宇宙射线子系统。
到了 2026 年 4 月，轮到 Voyager 1 的低能带电粒子仪器被关闭。这台仪器自 1977 年发射以来几乎不间断运行，测量来自太阳系和银河系的低能带电粒子，包括离子、电子和宇宙射线。它提供了关于星际介质结构的珍贵数据，探测到了压力锋和粒子密度变化的区域。值得注意的是，仪器上用于传感器旋转扫描方向的小型电机并未完全关闭 —— 它仅消耗 0.5 瓦功率，保留这一点电力可以为未来可能的重新启用保留技术可能性。
能源预算的量化约束
要理解 Voyager 团队面临的决策边界，需要从能源预算的具体数值出发。当前 Voyager 1 的可用电力已降至约 230 瓦量级，而维持探测器基本运行所需的电力包括：通信系统约 10 至 12 瓦、科学仪器运行约 10 至 15 瓦、姿态控制与推进系统约 10 瓦、加热器约 50 至 80 瓦（具体取决于探测器温度环境）、以及冗余系统与备用电源管理电路约 20 瓦。
加热器的电力消耗尤其关键。深空温度接近绝对零度（约 -270°C），探测器上的推进剂管线必须保持足够温度以防止冻结，否则姿态控制将完全失效。工程师需要在保暖与节电之间找到精确平衡点。2024 年的一次事件中，Voyager 1 在例行滚动机动过程中电力水平意外下降，触发了欠压故障保护系统的警戒线。该系统会在电力进一步下降时自动关闭部分组件以保护探测器，但这种非受控关机会导致飞行团队需要花费大量时间进行恢复，风险极高。
关闭低能带电粒子仪器后，Voyager 1 目前仅剩两台科学仪器仍在运行：等离子体波子系统用于聆听等离子体波动的 “声音”，磁强计用于测量星际空间的磁场强度。这两台仪器提供了目前人类从星际空间获取的唯一原位测量数据，其科学价值不可替代。根据 NASA 的估算，关闭这台仪器后，Voyager 1 获得了大约一年的 “缓冲时间”。
未来方案与任务延期的数学极限
NASA 正在为两台 Voyager 探测器准备一项更具雄心的能量优化方案，内部代号为 “大爆炸”（Big Bang）。该方案的核心思路是成组更换供电设备 —— 同时关闭某些高功耗组件并用低功耗替代方案取而代之，从而在不牺牲关键功能的前提下整体降低能耗。这项方案计划首先在电力相对充裕且距离地球较近的 Voyager 2 上进行测试，预计 2026 年 5 月至 6 月实施。如果测试成功，同一方案将在 2026 年 7 月之后应用于 Voyager 1。
从纯数学的角度推算，假设每年 4 瓦的功率损失保持相对稳定，探测器最终将触及一个无法继续运行的理论下限。当 RTG 输出功率降至约 150 瓦以下时，即使关闭所有科学仪器和大部分加热器，也无法维持基本的通信与姿态控制功能。这一终点预计将在 2030 年代中期到来，但实际的路线图取决于多次仪器关闭的累积效果以及 “大爆炸” 方案的实际成效。
NASA 公开表示，在实施当前这轮电源管理计划后，两台探测器有望在 2030 年代初期仍保持至少一台科学仪器的运行能力。项目经理苏珊娜・多德坦言：“电力正在耗尽。如果我们不现在关闭某台仪器，探测器可能只剩几个月的运行时间，之后我们就必须宣布任务终结。” 在她的话语中，“几个月” 的判断基于当前功率下降速率与仪器电力需求之间的动态计算，每一次关闭都为团队争取到大约一年的操作缓冲期。
工程决策的系统性启示
Voyager 任务持续近半个世纪后仍在进行实时间星际探测，这一事实本身就是工程韧性的证明。但其背后的电源管理策略揭示了深空任务设计中的根本性张力：放射性同位素热电发电机提供了其他能源方案难以匹配的长期稳定性，但其输出功率的不可逆衰减构成了所有后续决策的硬约束。在任务初期设计阶段，工程师已预见到这一挑战，并为每一台仪器的优先级进行了系统性排序，确保在最坏情况下仍能保留最核心的科学能力。
当电力下降到某个阈值以下时，关闭仪器不是一种失败，而是一种有计划的战略收缩。这种 “做减法” 的思路在深空探测领域具有普遍意义 —— 它提醒我们，极端环境下的长期任务规划必须超越单纯的功能最大化，转而在时间维度上寻求最优解。Voyager 的案例表明，有时放弃部分能力恰恰是为了延续整体任务的生存。
资料来源：NASA Science（https://science.nasa.gov/blogs/voyager/）