功率20瓦,飛行40餘年,旅行者1號的信息,是如何傳回地球的?

2020-12-14 騰訊網

為了探索地球之外的偌大宇宙,是否有外星文明存在,人類做了巨大的努力,我們不斷地將探測器送上太空,去探索太空的未知角落,其中最有名探測器便是是「旅行者一號。」旅行者一號在1977年由NASA航天局發射進入太陽系,如今已經在宇宙中飛行了四十多年。40多歲高齡的旅行者一號截止2019年,已經飛到距離地球217萬公裡的位置。

如何傳輸信息?

旅行者一號身上還擔負著重大的科考任務,比如沿途拍攝行星照片等,而距離地球如此之遠,通訊功率僅僅只有20瓦的旅行者一號,又是怎樣將所拍到的照片、收集的聲音等傳送回地球呢?

旅行者一號在宇宙中收發信息,是利用常見的無線電傳輸技術傳回地球,將所收集到的信息進行壓縮調製,然後發送給地球,同時也可以接收地球發射的消息。由於旅行者一號距離地球十分遙遠,加上傳輸速度較慢,在傳輸過程中會遭受輻射等幹擾,最終地球接收的信號僅為一開始發射的100萬億億分之一,信號十分微弱,但聰明的科學家也早就考慮到了信息傳輸的問題,並且採取了以下措施保證旅行者一號信號的正常傳輸。

高增益天線

首先,為了保障信號發射的完整性,要求旅行者一號配備高增益天線,可以將信號集中起來,不至於太過分散。科學家給旅行者一號配備的高增益天線長達7.3米,但是僅僅有高增益的天線遠遠不夠,需要保證高增益天線一直正對著地球,才可以使旅行者一號信號向地球特定方向發射,所以科學家在一開始設計旅行者一號時,便給它配備有精度極高的陀螺儀,使旅行者一號的高增益天線可以及時調整,保證時刻正對著地球。

地面接收

再者,地面為了保證可以準確接收旅行者一號等太空探測器發射的無線電信號,NASA於上世紀打造了深空網絡,分別在澳大利亞坎培拉、美國加州、西班牙馬德裡部署了三個深空網絡通訊設施,用來接收旅行者一號發射的無線電信號,並且這三個深空網絡通訊設施呈120度分布,即使隨著地球自轉,旅行者一號發射的信號也可以被實時接收。

提高準確性

除此之外,科學研究中最重要的便是信息的準確性,但是旅行者一號距離地球遙遠,並且宇宙中輻射量大,信息會受到各種幹擾。科學家為了克服幹擾,限定旅行者一號發射無線電信號時,使用大量糾錯碼,用來糾正被幹擾的信號,這種方法可以避免旅行者一號傳送的信息出現較大失誤,提高準確性。

傳輸速率

與此同時也減緩了旅行者一號的傳輸速度,旅行者一號最快的傳輸速度是1.4 Kb每秒,而目前普遍使用的4G技術傳輸速度是1.5M/s-10M/s,所以每次旅行者一號發送信號給地球,大約要20多個小時地球才可以成功接收。不過,科學研究根本要求是準確性,只要能保證準確,也可以適當犧牲速度。

尾聲

以上這便是科學家為了旅行者一號可以準確完整實現信號發射與傳送而做的努力。如今,已經在星際飛行四十多載的旅行者一號,仍然在向宇宙深空前進,但是根據科學家預計,由於旅行者一號使用的核電池能源有限,旅行者一號受電池耗盡影響,將會在2025年徹底同地球失去聯繫,那時候的旅行者一號將會變成「宇宙流浪者,」繼續它孤獨的星際之旅。

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