旅行者號怎樣跟人類互動？人類探索深空的瓶頸在哪裡？
2020-08-05 圖說科技200多億公裡外的旅行者號，是怎樣跟人類互動的？
這是個老話題，畢竟1977年發射的旅行者1號和2號，離開地球已近43年。
時間過得很快，很多負責監測旅行者號的科學家，陪伴旅行者號四十多年，從青壯年開始堅守，一直到現在的古稀之年。
不得不說，人類探索星空的水平還是有限的，經過這麼多年的努力，旅行者號也不過才到達太陽風的屋頂，人的一生有多少個40年呢？
現在太空探索的瓶頸在哪裡？
說到底的就是兩點，一個是速度，一個是聯繫方式。
太空飛行器的速度過慢是最大的障礙。
比如旅行者1號，即便是借力行星的引力實現加速，也不過達到第三宇宙速度，即16.7千米/秒。
相比人類目前所有出現過的太空飛行器，旅行者1號的速度已算是最快。
但在茫茫的太空中，這點速度的確像是螞蟻爬，遠遠不夠。
或許，人類需要突破現有的認知，去發現新型的動力，製造出超出想像的宇宙「快」船。
另一個障礙就是聯繫方式。
目前的旅行者號是如何與地球聯繫的？
很多朋友已經清楚，旅行者號與地球互動，靠的是巨型的深空探測網。
這其中的原理其實挺複雜，簡單說其實就是電磁波。
與普通無線電通信相比，旅行者號與深空網通信信號有兩個不同點：
1、採用超高頻信號。
旅行者1號的頻率範圍是2.3G~8.4GHZ的超高頻信號。
之所以使用超高頻，是因為工作在這個頻段下，幾乎沒有幹擾，通信的噪音小，獲得的信號更純淨。
2、超遠距離傳輸，信號衰減大
旅行者1號的發射功率大概在23W左右，經過200多億公裡到達地球時
即便是用最大口徑的70米天線接收，也只有10^(-22)W級別。
差不多是初始功率的百萬億億分之一。
為了儘可能提高通信效率，旅行者1號配備了一個直徑3.7米的高增益拋物面天線。
拋物面天線最大的優勢就是具有很高的方向性。
類似用於遠射的高強度探照燈，高增益拋物面天線可以向特定方向發送或者接收無線電波。
此外，旅行者號還配備了高精度陀螺儀，確保這個天線能始終指向地球。
所有的這些工作，就是為了讓地球儘可能接收到更多的更清晰的，來自遙遠旅行者的信號。
但限於電磁波的速度，200億公裡，仍然需要20小時才能到達地面，而返回也需要同樣的時間。
一來一回需要40小時。這樣的通信速度，也是人類目前探索深空的瓶頸。
近些年，人類的深空探索能力已經有了很大提高，但在一些根本問題上，並沒有實質性突破。或許應該如一些科幻小說中描述的一樣，多轉變思維，打破固有的一些科學思想框架。
總之，旅行者號雖然是上世紀70年代的產物，但通信的核心原理到現在仍然未改變。能做的只是適當提高太空飛行器發射功率，增加攜帶的能量，延長探索時間，提高數據傳輸速度等。關鍵的兩個瓶頸，飛行速度和通信速度，是目前科學難以逾越的障礙。
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