电源管理，无论以何种形式呈现，如今已成为几乎所有设计人员日益关注的优先事项。无论是从微型电池中汲取微瓦级功率，还是为人工智能数据中心提供兆瓦级电力，设计师们始终在努力获取与处理电能，并常常随之面临如何“处置”废热的问题。
尽管这些电源管理场景带来了诸多挑战，但它们并非独一无二、一次性的情况。相反，每种情况都具备足够的共性与量产规模，足以催生专门的会议、论坛、出版物、行业标准以及专注于解决这些问题的顾问团队。
然而，确实存在一些真正独特的情形，尤其是在深空探测器领域——这类任务往往没有先例可循。其中最具极端代表性的，便是1977年相隔数月发射的旅行者1号与旅行者2号探测器，它们至今仍在持续飞行并传回数据（图1）。
这两艘探测器均已穿越太阳系边界，进入日球层之外的空间（图2a与2b）。它们的发射时间虽仅相隔数月，却是在高度压缩的设计、建造与发射周期下完成的。项目之所以“赶工”，源于一次难得且罕见的行星排列窗口——当时木星、土星、天王星、海王星与冥王星即将形成有利的“大巡游”构型，而这一机会仅出现在20世纪70年代末，下一次重现则需再等175年。
促成此次“巡游”的另一关键突破，来自1961年6月一位加州大学洛杉矶分校研究生的洞见。当时在喷气推进实验室（JPL）暑期实习的大卫·米诺维奇（David Minovitch）首次提出并系统论证了“引力弹弓”效应（即利用邻近行星的引力场加速航天器），该概念在当时极具革命性，如今已成常规操作手段。正是这一原理使旅行者号得以高效利用行星引力实现多次加速，大幅节省燃料与飞行时间。
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能否匀出几毫瓦？
每艘旅行者号均依靠放射性同位素热电发电机（RTG）供电——这是一种热电发电机（TEG），通过热电偶将钚衰变产生的热量转化为电能，其转换效率不足10%（图3）。尽管效率低下，RTG却是唯一可行的选择：未转化为电能的余热并非浪费，而是被导向加热探测器内部电子设备，在极寒太空中至关重要。
值得注意的是，自航天探索早期以来，热电发电机与RTG已被广泛应用于各类载人及无人航天器，但出于辐射安全考量，NASA对此类技术通常保持低调。
两艘旅行者号每年约损失4瓦输出功率。历经近半个世纪的太空飞行，其可用功率裕度已极度紧张，任务团队不得不通过关闭加热器与科学仪器来节约能源，同时确保探测器温度不至于过低导致燃料管路冻结。
尽管多种同位素均可满足衰变需求，但钚-238同位素最适合作为RTG燃料：其主要通过α衰变释放高辐射能量，屏蔽要求低；半衰期接近88年；燃料颗粒体积仅如棉花糖大小，以二氧化钚形式封装（图4）。依据RTG型号与任务需求，初始额定功率通常在100至500瓦之间；更高功率单元亦有制造，但伴随显著增重代价。
此外，钚-238的制造也面临挑战：它属于核武器生产与核电站运行的副产品，供应长期受限，部分相关反应堆因故关停；且无法超量储备——因其会随时间自然衰变，“货架期”内功率即持续下降，年衰减率约为0.8%。
热电偶本身也会老化，年退化率同样约为0.8%，具体取决于材料与工作环境。RTG所用热电材料包括高性能的铋碲化物、铅碲化物，以及含锑、锗、银的碲化物和硅锗合金等。
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旅行者号面临的电源管理核心挑战是什么？
人们可能理所当然地认为：鉴于旅行者号距离地球极其遥远、数据链速率仅约100比特/秒（是的，仅为比特）、技术相对陈旧，加之信号往返延迟巨大，几乎不存在动态电源管理空间。事实恰恰相反。
近期NASA宣布，喷气推进实验室（JPL）工程师于4月17日向旅行者1号发送指令，关闭其搭载的“低能带电粒子”（LECP）实验装置。此举旨在应对探测器日益严峻的电力短缺问题，以确保人类首艘星际探测器继续运行。
LECP用于测量源自太阳系及银河系的低能离子、电子与宇宙射线，自1977年发射以来几乎连续工作近半个世纪——这对任何精密电子仪器而言都是非凡成就，尤其考虑到其还需承受极端低温与强辐射环境。
管理RTG与传统电池存在根本性思维差异：RTG可输出功率严格取决于初始设计与使用年限，而非负载大小，且随时间自然衰减，与用电行为无关；而化学电池的可用功率首先由能量容量（瓦时）决定。因此，RTG更符合“用则存、不用则失”的逻辑。
对于采用常规电池（或搭配太阳能充电）的系统设计师而言，延长电池寿命的关键在于削减负载——可通过人工干预或自主动态管理实现。但对于当前阶段的旅行者号而言，未知变量过多，任务控制团队必须审慎决策如何分配有限电力——而该电力源本身无法通过降载延寿。
此外，深空操作节奏极为缓慢。决定关闭哪台仪器绝非临时起意：早在多年前，旅行者科学与工程团队便共同商定了一套关机优先级清单，确保在逐步停用设备的同时维持核心科学任务。每艘探测器携带10套相同仪器，迄今已有7套被关闭。对旅行者1号而言，LECP位列清单下一位；旅行者2号的LECP已于2025年3月提前关闭。
试想操控一艘距地球逾150亿英里（250亿公里）的探测器：发送一套关机指令需耗时超过23小时抵达目标，再加3小时以上才能收到确认信号。这对习惯于毫秒乃至微秒级响应的电源管理者而言，实属难以想象的迟滞节奏。更棘手的是，通信窗口极为有限，需精心协调大型射电望远镜的排期——毕竟全球科研项目争抢资源，绝无“立刻执行”之可能。
若对旅行者双子星的壮丽征程感兴趣，推荐阅读斯蒂芬·J·派恩（Stephen J. Pyne）所著《旅行者：探索、太空与第三次伟大发现时代》一书。该书虽出版于2010年，未能涵盖后续穿越日鞘（太阳系边缘）等新进展，但仍深刻呈现了任务构想与实施的全貌，极具启发性。
