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旅行者1號已經飛行了43年，由于距離遙遠，目前沒有技術能夠監(jiān)視它的飛行畫面，只能通過無線電波與它保持聯(lián)系。人類與它最后一次互動，是在2017年11月28日，工程師下達指令，修正了它的航線。 關于旅行者1號旅行者1號是美國宇航局于1977年發(fā)射的外太陽系探測器，目前已經朝著深空連續(xù)飛行了43年。旅行者1號還有一個兄弟叫做旅行者2號，也是在1977年升空的。旅行者1號利用引力彈弓效應成功加速至第三宇宙速度（16.3千米每秒），比旅行者2號快10%，成為人類歷史上飛行速度最快的探測器之一，。它于2014年穿越了太陽風層頂，成功飛出了太陽系，但還在太陽引力的控制范圍之內。即使這樣，它仍然是人類有史以來飛得最遠的探測器。 旅行者1號利用钚的放射性能量來發(fā)電，簡單來說就是核電池，可以用好幾十年。不過，據科學家估計，旅行者1號的電力將在2020年消耗殆盡。樂觀估計，還能堅持到2025年。旅行者1號在這漫長的旅途中，為人類傳回了大量的科研數據。還攜帶了一枚鍍金鋁質碟片，充當地球人的信使。 如下圖所示，為了節(jié)約寶貴的能源，旅行者1號進行了一系列省電操作。正是工程師的這些操作，使得旅行者1號在發(fā)射升空40年后仍然能夠與地球保持聯(lián)系。 為了能夠與地球保持聯(lián)系，旅行者1號在設計之初，就建造了一個口徑3.7米的大鍋，那口大鍋就是接收和發(fā)送信號的高增益天線。并且攜帶了精度非常高的陀螺儀，可以用來修正天線的方向，即使在非常遙遠的距離也能對準地球。 上圖為旅行者1號的主要結構概況。 NASA的深空網絡截至2019年10月，旅行者1號距離太陽大約211億公里。光在真空中每秒大約傳播30萬千米，無線電波也是這個速度。光從太陽表面到達地球大約需要8分鐘，而人類與旅行者1號的距離已經十分遙遠，目前信號往返一次大約需要40多個小時。這種由于空間距離遙遠而產生的延遲，目前是無法解決的。 旅行者1號的信號功率有限，僅有20瓦，隨著距離變得越來越遠，地球上能夠接收到的信號也越來越弱。好在，美國宇航局（NASA）從上世紀60年代就建造了一個極其強大的信號接收系統(tǒng)，叫做深空網絡，主要用于星際通信。該信號接收系統(tǒng)隸屬于美國宇航局所屬的噴氣推進實驗室。 深空網絡(DSN)是一個支持星際無線電通信和射電天文學觀測的全球性天線網絡，它是世界上最大和最敏感的通信系統(tǒng)，由一系列天線陣列組成，單個天線的直徑可達70米，比在地面接收衛(wèi)星電視信號的室外天線（衛(wèi)星鍋）大的多。 目前，深空網絡由三處呈120度分布的通信設施組成，分別位于美國加州、西班牙馬德里和澳大利亞堪培拉，這種安排可以避開地球自轉的影響。 極慢的通信速率因為距離太遙遠，地球上發(fā)出的信號要經過20個小時才能被旅行者1號接收到，旅行者1號收到信號后，回復也要經過20個小時才能被地球上的人接收到。即使到現(xiàn)在，也沒有任何技術可以改善這個問題。 信號在傳輸的過程中會發(fā)生衰減，傳輸距離越遠，衰減越厲害，因此旅行者1號采用了2.3GHz～8.4GHz的高頻信號與人類通信，深空網絡使用的則是2.1GHz信號。旅行者1號采用的是模擬信號，相比于數字信號，信號在傳輸過程中還會受到很大干擾。為了保證數據傳輸的準確性，旅行者1號使用了大量糾錯技術。 因此，旅行者1號每秒鐘只能傳輸幾個字節(jié)的有效數據，一張1MB（1024 結語在2017年人類最后一次與旅行者1號互動后，目前人類與旅行者1號基本上處于半失聯(lián)狀態(tài)，很久才能收到旅行者1號發(fā)來的信息，在2025年后就徹底失去聯(lián)系了。之后，旅行者1號將孤獨地向銀河系中心飛去，成為宇宙中的漂流瓶。以當前的速度，旅行者1號到達距離地球最近的恒星系統(tǒng)，就需要4萬多年的時間。 我國如果要發(fā)射這樣的探測器，也需要這樣一個深空通信系統(tǒng)。即使到了現(xiàn)在，星際通信的數據傳輸速率依舊較慢，普通人要是用這么慢的速率上網會抓狂的。 |
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