【科学|飞了43年后，旅行者号距地球227亿公里，人类是如何与它通讯的？】20世纪人类经历了两次世界大战 ， 后来还被冷战的阴影所笼罩 。 这也使得军事、航天技术得到了蓬勃的发展 。 在人类航天领域 ， 两枚无人探测器旅行者号从上世纪70年代发射 ， 至今已经43年零3月 ， 它仍然还在运转 ， 而且正在尽可能地突破人类的探索边际 。
截止于笔者写文章时 ， 旅行者一号已经距离地球152.25个天文单位 ， 也就是227.766亿公里 ， 它也成为了距离地球最远的人类探测器 。
要知道旅行者号可不是纯粹走直线 ， 它在整个旅程过程中还实现了几次变轨 。 那么问题来了 ， 科学家是如何和距离我们如此遥远的旅行者号进行联系 ， 并且操控它的轨迹的呢？
旅行者一号的“能量来源”
我们以旅行者一号为例 。 旅行者一号是在1977年9月5号发射升空 。 它们的主要任务是探索太阳系内的木星、土星以及它们的卫星 。 在1980年前后 ， 旅行者一号已经完成了它的主要任务 ， 并且提供了木星、土星及其卫星的详细照片 。 1990年前后 ， 旅行者一号又到访了天王星和海王星 ， 并且在距今地球64亿公里处 ， 给太阳系的各个行星拍摄了照片 ， 其中拍摄地球的这张照片还被成为暗淡蓝点 ， 地球在其中只有0.12个像素点的大小 。
由于水星距离太阳太近 ， 以及火星亮度不够 ， 导致这两个行星没有拍摄成功 。 剩余的行星都进行了拍摄 ， 并且被科学家绘制成了一张太阳系的太阳系全家福 。
旅行者一号之所以可以离开地球这么遥远 ， 并不是一开始发射时就给到了如此巨大的速度 。 要知道 ， 旅行者一号的速度已经达到了第三宇宙速度 ， 这意味着它的速度可以使它离开太阳 。
科学家为旅行者一号配备了三块钚元素制成的放射性同位素热电机 ， 以此来作为动力来源 。 除了放射性同位素热电机之外 ， 旅行者一号上配置了太阳能电池板 。
放射性同位素热电机和太阳能电池板就是旅行者1号被发射之后 ， 唯一能够依靠的能量来源 ， 旅行者一号上包括通信设备在内的10多个科研设备都是依靠它们来供电 。
旅行者一号在被送入太空后 ， 由于科学家已经提前计算好 ， 选好了轨道 。 于是 ， 它先后利用了各个行星的引力来给自己加速 ， 以此来达到第三宇宙速度 ， 原理也就是引力弹弓效应 。
再加上太空中是相对空旷的 ， 接近于完全真空 。 因此 ， 旅行者一号并不会遇到巨大的阻力 ， 速度也就不会发生锐减 ， 而可以一直飞行 。
即便是解决了动力的问题 ， 可是科学家是如何与其通信和操控的呢？
如何通信呢？
要了解这个问题 ， 我们要搞清楚通信的本质 。 说白了 ， 人类的通信主要依靠的是电磁波的传递 。 比如 ， 我们要看到一个东西 ， 是物体本身发光 ， 或者物体可以发射光 ， 光进入到我们的眼睛 ， 眼睛通过神经系统信号传递给大脑 ， 我们才看到了物体 ， 而光正是一种电磁波 。
我们要操控旅行者1号 ， 或者与其通信 ， 说白了就是电磁波来回地传递 。 科学家通过把声音、文字、数据和图像的信号编制成各种无线通信信号 ， 然后将其传递给旅行者1号 ， 旅行者一号有一套解码的程序 ， 会解读这个无信通信信号 ， 并且通过同样的办法把相应的信息传递回到地球 。 旅行者一号用来接收和传递信号的设备是一个直径3.7米的抛物面天线高增益天线 。
不过 ， 旅行者1号把信号从传递回地球后 ， 会遇到一个比较大的问题 ， 那就是如何进行接收 。 毕竟地球实在太大了 ， 地球大气本身对于电磁波信号也有干扰 ， 并且地球一直在高速移动 ， 这无形之中增加了接收信号的难度 。 因此 ， 科学家想到的办法是建立一个深空探测的通信网络 ， 这也就是美国的深空测控网 。 科学家在地球上设置了三个深空网络站 ， 以此来进行发送和接收无线电波 。 这三个深空网络站分别设置在美国的加州 ， 西班牙的马德里以及澳大利亚的堪培拉 。 不仅如此 ， 科学家还采用了特殊的频道 ， 比如：深空网络站发射的信号是2.1 GHz ， 而旅行者一号发射到地球的信号选用的则是2.3 GHz或8.4 GHz 。
由于旅行者1号的通信系统是依靠热电机来供电 ， 而热电机目前已经超过了最初的设计寿命 。 科学家认为2036年之前 ， 热电机都会有足够的电量保持旅行者1号与地球的联系 。 而2036年后 ， 电量将会被完全耗尽 ， 届时我们将失去与旅行者一号的联系 ， 而它也将继续保持飞行的状态 ， 并向着银河的中心飞去 。
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