旅行者一号飞出太阳系了吗(人类如何与旅行者1号保持联系)
奕雅诗 • 2023-01-10 17:00:04 • 0次
旅行者1号已经飞行了46年,由于距离遥远,目前没有技术能够监视它的飞行画面,只能通过无线电波与它保持联系。人类与它最后一次互动,是在2017年11月28日,工程师下达指令,修正了它的航线。
关于旅行者1号
旅行者1号是美国宇航局于1977年发射的外太阳系探测器,目前已经朝着深空连续飞行了46年。旅行者1号还有一个兄弟叫做旅行者2号,也是在1977年升空的。旅行者1号利用引力弹弓效应成功加速至第三宇宙速度(16.3千米每秒),比旅行者2号快10%,成为人类历史上飞行速度最快的探测器之一,。它于2014年穿越了太阳风层顶,成功飞出了太阳系,但还在太阳引力的控制范围之内。即使这样,它仍然是人类有史以来飞得最远的探测器。
旅行者1号利用钚的放射性能量来发电,简单来说就是核电池,可以用好几十年。不过,据科学家估计,旅行者1号的电力将在2020年消耗殆尽。乐观估计,还能坚持到2025年。旅行者1号在这漫长的旅途中,为人类传回了大量的科研数据。还携带了一枚镀金铝质碟片,充当地球人的信使。
如下图所示,为了节约宝贵的能源,旅行者1号进行了一系列省电操作。正是工程师的这些操作,使得旅行者1号在发射升空40年后仍然能够与地球保持联系。
为了能够与地球保持联系,旅行者1号在设计之初,就建造了一个口径3.7米的大锅,那口大锅就是接收和发送信号的高增益天线。并且携带了精度非常高的陀螺仪,可以用来修正天线的方向,即使在非常遥远的距离也能对准地球。
上图为旅行者1号的主要结构概况。
NASA的深空网络
截至2019年10月,旅行者1号距离太阳大约211亿公里。光在真空中每秒大约传播30万千米,无线电波也是这个速度。光从太阳表面到达地球大约需要8分钟,而人类与旅行者1号的距离已经十分遥远,目前信号往返一次大约需要40多个小时。这种由于空间距离遥远而产生的延迟,目前是无法解决的。
旅行者1号的信号功率有限,仅有20瓦,随着距离变得越来越远,地球上能够接收到的信号也越来越弱。好在,美国宇航局(NASA)从上世纪60年代就建造了一个极其强大的信号接收系统,叫做深空网络,主要用于星际通信。该信号接收系统隶属于美国宇航局所属的喷气推进实验室。
深空网络(DSN)是一个支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络,它是世界上最大和最敏感的通信系统,由一系列天线阵列组成,单个天线的直径可达70米,比在地面接收卫星电视信号的室外天线(卫星锅)大的多。
目前,深空网络由三处呈120度分布的通信设施组成,分别位于美国加州、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉,这种安排可以避开地球自转的影响。
极慢的通信速率
因为距离太遥远,地球上发出的信号要经过20个小时才能被旅行者1号接收到,旅行者1号收到信号后,回复也要经过20个小时才能被地球上的人接收到。即使到现在,也没有任何技术可以改善这个问题。
信号在传输的过程中会发生衰减,传输距离越远,衰减越厉害,因此旅行者1号采用了2.3GHz~8.4GHz的高频信号与人类通信,深空网络使用的则是2.1GHz信号。旅行者1号采用的是模拟信号,相比于数字信号,信号在传输过程中还会受到很大干扰。为了保证数据传输的准确性,旅行者1号使用了大量纠错技术。
因此,旅行者1号每秒钟只能传输几个字节的有效数据,一张1MB(1024千字节)的照片就需要传输近半个月时间。旅行者1号携带了一个64KB的磁带存储器,当数据无法及时传回地球时,就会将数据记录下来。总体上来说,旅行者1号的数据传输速率极慢。
结语
在2017年人类最后一次与旅行者1号互动后,目前人类与旅行者1号基本上处于半失联状态,很久才能收到旅行者1号发来的信息,在2025年后就彻底失去联系了。之后,旅行者1号将孤独地向银河系中心飞去,成为宇宙中的漂流瓶。以当前的速度,旅行者1号到达距离地球最近的恒星系统,就需要4万多年的时间。
我国如果要发射这样的探测器,也需要这样一个深空通信系统。即使到了现在,星际通信的数据传输速率依旧较慢,普通人要是用这么慢的速率上网会抓狂的。
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