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旅行者一号距离地球226亿公里,到底是如何与地球通讯的?

作者:太空科学站

在20世纪60年代和70年代,人类探索太空的鼎盛时期,当时美国和苏联争夺太空力量的霸权,发起了一系列太空竞赛。他们在载人航天器进入近地轨道和月球以及太阳系行星上的无人探测器上花费了大量资金。这一时期最轰动的是,可以说是1969年阿波罗11号登月,阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的人类,它在着陆的那一刻说:这是一小步,但对人类来说却是一大步。

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其实,在整个太空竞赛中,除了阿波罗登月之外,还有一件事足以创造人类历史,那就是美国发射的旅行者探测器。

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当时,科学家发现,太阳系的行星在176年会遇到一次特殊的几何排列,也就是说,探测器只需要少量的燃料进行通道校正,就可以利用行星的引力弹弓效应来加速对主要行星的探测,从而诞生了旅行者一号和旅行者2号!

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1977年,两个无人探测器起飞,开始探索行星的任务,旅行者一号率先访问木星和土星,但停止访问剩下的两颗行星,并在未能绕泰坦运行后飞出太阳系。

如今,旅行者一号已经飞行了40多年,距离地球约226亿公里,并继续以17公里/秒的速度增长,现在"地球呼叫"旅行者一号需要20小时31分钟才能被接受,而旅行者一号发送的数据需要相同的时间才能到达地球。

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那么,什么样的技术让旅行者一号飞行了40多年,仍然能够与地球保持联系呢?

答案是旅行者一号的高频段通信,为了让无线电信号传输到地球,旅行者一号的通信频率选择了8GHz频段,该频段干扰极小,最大化信道畅通无阻,因为旅行者一号借助高精度陀螺仪设计了直径达3.7米的高增益天线, 这总是可以瞄准地球。

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但旅行者一号到地球飞行超过20个小时的信号已经很弱了,所以NASA也在地球上构建一个"深空网络系统",深空网络会放大信号然后开始分析,也就是说,旅行者1号在天线功率只有20瓦,地球仍然可以接受它的数据, 但旅行者1号目前只有1kb/s的传输速度,即使发送一万亿个数据也可能需要几十个小时。

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随着工作寿命的延长,科学家估计旅行者1号将在2025年左右耗尽核电池,届时它将完全失去与地球的联系,然后在宇宙中独自飞行,在大约4万年后经过附近的恒星,这意味着旅行者一号将成为一个永远不会回头的"旅行者"。

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