上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?

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旅行者一号于1977年9月5日由美国国家航空航天局(NASA)发射,运行至今已飞到了距离地球约211亿公里的太阳系日球层外

上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?

科学家预计旅行者一号可以正常运行到2025年,这之后旅行者一号的同位素电池就会完全耗尽从而让旅行者一号成为一个“太空垃圾”。

目前还在飞行中的旅行者一号已经根据实际情况在调节电力系统了,为的就是尽可能减少消耗从而保证和地球方面最低功率的通信能正常进行。

上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?

2007年停止等离子子系统实验,2008年停止行星无线电天文实验,2010停止扫描平台及紫外线分光计观测,2015年停止数据磁带机运作,2016年停止了回转仪运作。

在如此多设备都已关闭的情况下,旅行者一号为什么还能和地球进行通信呢?

答案在旅行者一号的构造上,它那3米长的巨型天线和靠陀螺仪始终对准地球方向的技术以及8GHz的超高频无干扰通信保证了信号尽管微弱但还是可以顺利到达地球,只不过每秒只能传输几个比特。

NASA在地面建立了庞大的接收阵列来将旅行者一号的信号放大上亿倍而后进行分析从中获取信息,但这一切的接收工作在2025年左右就不得不随着旅行者一号完全断电而停止了。

上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?

其实除了旅行者一号的通信问题,很多人还担心旅行者一号两侧携带的“黄金唱片”会暴露地球位置从而引来外星人入侵,因为那张黄金唱片的封面上有着地球相对于周围脉冲星的位置,因此外星人完全可以通过确定素有“宇宙灯塔”之称的脉冲星来找到地球进而侵略地球。

但实际上由于旅行者一号的速度只有17km/s,所以它需要4万年才能到达临近的恒星系
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第二次世界大战结束后美国和苏联在德国导弹的基础上各自发展出了大推力火箭,太空时代拉开了帷幕

上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?
太空时代的高潮是上世纪60年代,因为在那十年里美国阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶阿波罗11号飞船成功登月并返回了地球,但鲜有人知道的是除了载人登月外,60年代还有两个对后续航空航天活动影响巨大的“新发现”

这两个发现分别是1961年米诺维奇计算出的“引力弹弓助推法”和1965年弗兰德罗发现的1976年到1977年“太阳系外行星轨道交叉”(木星土星天王星海王星,四颗外侧行星的轨道每隔176年才会出现一次交叉)

第一个发现为后来的航空航天活动提供了“免费动力”从而能让探测器和飞船拥有更快的速度以及容错率更高的变轨调控,第二个发现让NASA下定决心进行“旅行者系列探测器任务”。
上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?


如今旅行者一号距离地球221.5亿公里,并且这个距离还在以17km/s的速度继续增加,现在地球方面呼叫旅行者一号的电波需要飞行20小时31分29秒才能被旅行者一号的高增益天线接受到,而旅行者一号发送的数据也需要同样长的时间才能传回地球。


那么究竟是什么技术能让飞行了40余年的旅行者一号仍然能和地球通信呢?

答案是旅行者一号本身电磁波的高频段和NASA在地球上建设的“深空网络检测系统”,高达8GHz通信频率最大程度保障了信道的畅通无阻,所以旅行者一号才能在天线功率只剩20瓦的情况下依旧和地球保持联络。
上世纪70年代就进入太空的旅行者一号,为何现在还能与地球通讯?

由于旅行者一号的高频信号飞行20多小时到达地球后已经十分微弱,因此NASA的深空网络会对信号进行放大处理而后再开始进行分析,不过如此多的设备更多是为了保证通讯的稳定性而存在的,旅行者一号本身的传输速度甚至达不到1kb/s

随着工作年限越来越长科学家估计旅行者一号身上的核电池在2025年左右就会完全耗尽电力,而它需要再飞行4万年才能离开太阳系到达临近星系。
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这意味着旅行者一号将真正成为一个再也联系不上也不回头的“旅行者”
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