旅行者1號(英語:Voyager 1)是由美國宇航局研製的一艘無人外太陽系空間探測器。 重815千克,於1977年9月5日發射,截至2019年10月23日止,旅行者1號正處於離太陽211億公裡的距離。
1.到達我們的信號到底有多小
很多人都質疑,旅行者一號距離我們大約210億千米,我們是怎麼跟它取的聯繫的?旅行者一號傳遞到地球的信號有多大?現在小編來根據公開可以查到的資料分析一下。
公開資料顯示,旅行者一號的發射頻率是8.42GHz,天線口徑為3.7m,一些參數可以通過下面的公式計算。
不難計算得到旅行者一號的天線增益G為72900倍(48.6dB),旅行者1號的發射功率是20W(43dBm),距離地球的距離是211億km,可以根據下面的公式計算到達地球的功率譜密度
這個數字是什麼概念?我們以手機基站為例,手機基站裡的信號強度比這個強一百萬億倍,沒錯,就是百萬億。
那麼地面怎麼接收這個信號呢?地面上有70米的天線,這個天線的增益到達了兩千多萬倍的數量級。有74dB的增益,經過這個天線放大以後的信號強度為-150dBm,通常手機可以接受的最小信號可以達到-100dBm,也就是這個信號強度只有手機所能接收最小信號的萬分之一。因此只有減小接收帶寬來實現這個信號的接收,沒有看到過傳輸速率,不過估計傳輸速率估計只有100Hz左右,比90年代的撥號上網速度還慢。
2.發射中繼旅行者可行嗎?
有人說我可以發射後續旅行者去中繼一下,聽著似乎是個好主意,先不說發射窗口的問題,以後續發射的飛行器和旅行者1號一樣,也是一個3.7米的天線,跟地面那個大傢伙比起來,口徑只有地面天線的1/19,也就是要每間隔2年發射一顆,經過天線後的信號才和地面上天線接收的強度相當,要想是地面接收強度的4倍,需要每年發射一顆進行中繼,這個還不考慮每次轉發都會損失信號的質量。所以說中繼根本不靠譜。中國的fast口徑500m,要是用fast接收,那麼每間隔100天發射一顆旅行者才能達到相同的接收質量,這顯然只是理論上存在的可能。
所以,旅行者一號只能孤獨地獨自飛行在太空,現在因為距離的關係,每飛行一年對信號質量影響很小,十年內也不需要額外的手段去接收信號,到那個時候,旅行者一號就徹底因為能源問題與地球失去聯繫。