旅行者1號相隔地球217億公裡,功率僅23瓦,數據如何傳回?

2020-12-10 騰訊網

圖片:旅行者1號

旅行者1號，是由美國宇航局研製的一艘無人外太陽系空間探測器。[1]重815千克，於1977年9月5日發射，截止到2020年6月仍然正常運作。它曾到訪過木星及土星，是提供了其衛星高解像清晰照片的第一艘太空飛行器。它的主要任務在1979年經過木星系統、1980年經過土星系統之後，結束於1980年11月20日。它也是第一個提供了木星、土星以及其衛星詳細照片的探測器。距今離地球最遠的人造衛星。2012年8月25日，「旅行者1號」成為第一個穿越太陽圈並進入星際介質的宇宙飛船。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。

圖片：旅行者1號軌道圖

旅行者1號與地球的聯繫

旅行者1號使用三塊鈽放射性同位素溫差發電機作為動力來源，可為旅行者1號提供功率420瓦。其中通信設備的功率為20瓦，現在旅行者1號距離地球大約217億公裡，相當於0.00229光年，通訊時差20.06小時，這就表示從旅行者1號發出的無線電信號需要20.06小時才能到達地球，被地面的衛星天線接收到。

圖片：旅行者1號金唱片

旅行者1號和地球之間傳輸數據還是存在著一定難度的，但也沒有像人們想像中的那麼複雜，其使用的只是無線電通信技術，將需要傳送的聲音、圖像、數據等調製成無線電信號，經空間傳至地面。

圖片：旅行者1號拍攝的地球

無線電信號的強度會隨著傳輸距離的增加不斷衰減，當旅行者1號發射的信號傳到地面時，功率衰減為起初的一百萬億億分之一，僅有10ˇ-22瓦，不僅傳輸功率的極低，傳輸速度也非常慢，只有約1.4kb/s 。為了偵測接收到如此微乎其微的信號，美國宇航局建造了深空網絡，建了三處深空通信接收站，分別位於美國加州、西班牙馬德裡和澳大利亞坎培拉，專門用來與旅行者1號的信號傳輸，而且不受地球自轉的影響。

圖片：旅行者1號

使用高增益天線，使無線電信號集中在某個方向上，增大傳輸距離，旅行者1號上的高增益天線直徑達3.7米，原來DSN使用的天線直徑達70米，由於已經使用超過40年，美國宇航局從2010年開始部署34米天線，以替換陳舊的天線，滿足信號接收需求。這些地面接收天線可將接收到的信號放大數億倍。旅行者1號的通訊頻率高達8GHz，在這個頻段上，幾乎沒有任何幹擾，信噪比非常高。它還安裝有高精度的陀螺儀，確保其在深空也能時刻讓天線對準地球的方向。

圖片：旅行者1號

科學家們也想到多種辦法，但由於距離實在太遠，加上太空中存在許多高能輻射，且無線電信號受自然因素影響，都會對無線電信號產生幹擾。為了提高信息傳輸的正確率，在將聲音、圖像等信息調製成無線電信號的過程中使用了大量糾錯碼，這也使得有效傳輸效率降低，只有不到1kb/s。

圖片：旅行者1號

旅行者1號飛向未來

科學家預測，到2020年為止，旅行者1號仍有足夠的能源使它繼續飛行，並且可以和地球保持聯絡，但在2025年之後，旅行者1號就會徹底和地球失去聯繫，帶著人類的夢想，飛向更遙遠深空，也將成為漂浮在宇宙中的「流浪探測器」。

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    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。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？
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  • ​失控8個月，已飛188億公裡的旅行者2號傳回兩個字，啥情況
    2號探測器在接收到這個深空網絡DSS 43號無線電天線的信號後傳回的，此時旅行者2號探測器距離我們地球已經達到188億公裡了，所以信號傳輸需要比較長時間。在1977年9月5日發射升空至今，旅行者1號探測器已經在太空中飛行了43年，而且到目前為止，探測器的部分設備還正常運行，所以還能繼續傳回數據。再加上現在探測器位於星際空間，這個區域是我們人類未曾到達的，所以探測器傳回的數據，讓我們看到了星際空間的景象。
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    旅行者拍下這張照片，人類首次認識地球真實面貌，太渺小了！人類首次進入宇宙後，一直研究宇宙內的事物，向太空中發射探測器等等，目的是為了探測關於宇宙的秘密，宇宙對於人類而言是一個神秘的存在。自從1957年後，蘇聯第1次向宇宙內發射衛星，其他國家陸陸續續向宇宙發射衛星，人類首次認識到了地球真實面貌。宇宙中只有人類文明？
  • 飛行200億公裡,傳回上萬張照片,旅行者號的貢獻你了解多少?
    導語：飛行200億公裡，傳回上萬張照片，旅行者號的貢獻你了解多少？就在人類短暫的航天史中，有兩枚探測器成功帶領我們觀測到了太陽系的其他景象，那便是旅行者一號與旅行者二號，迄今為止飛得最遠的兩個探測器，累計飛行了200億公裡，創下了奇蹟，也為地球傳回了珍貴的數據。那麼旅行者號，飛行200億公裡，到底為人類做出了哪些貢獻呢？
  • 距地球180億公裡的旅行者二號,中斷和地球的聯繫前,還能飛多遠
    由美國國家航空航天局NASA，於1977年8月20日發射入太空的旅行者二號，如今已經在茫茫太空中，孤寂的飛行了42年，目前已經飛到了距離地球180億公裡之外的位置。要知道以現在旅行者二號和地球之間的距離，每次相互發射的通信信號，都要經過16.5小時才能被對方收到。為了克服在如此遠的傳輸距離中所產生的信號衰減，地球會以高達20千瓦的功率向旅行者二號發射無線電信號。而這些信號，在跨越180億公裡之後，會被旅行者二號上，一直精確的對準地球的高增益天線接收到，從而執行地球發出的指令。
  • 美國旅行者號靠什麼給地球傳回照片?
    來源 | 鎂客網 微信ID：im2maker美國旅行者號已經飛離地球200多億公裡，快要飛出太陽系，靠什麼給地球傳回照片
  • 188億公裡外旅行者傳回兩個字：你好
    2號太空飛行器，目前已離開太陽系，進入星際空間，距離地球約188億公裡。很多人不明白，兩艘飛船已高速飛行了40多年，離地球兩百億公裡左右了，究竟是如何與地球保持聯繫，並傳回數據的呢？看看兩艘飛船的形狀你就知道了，旅行者1、2號最大的特徵就是兩口巨大的「圓鍋」，直徑達3.7米，學名叫高增益天線，用來接收和發送信號。這其中還有個可怕的花絮，旅行者2號率先出發的時候，地面人員竟然忘了傳送一個至關重要的啟動代碼上去，導致旅行者2號上關鍵的高增益天線沒有啟動。這個問題如何解決的呢？幸好太空飛行器上還有低增益天線，地面人員最終與其取得聯絡，重新啟動了高增益天線。
  • 200億公裡外的旅行者1號，人類是如何與它保持聯繫的？
    總飛行距離高達222億公裡，也就是說旅行者1號目前距離地球222億公裡，這個距離比太陽系的直徑（148億公裡）還要大很多，這個距離還是地球與月球距離的7.4萬倍，如此遙遠的距離，生活在地球上的科學家是如何與旅行者1號一直保持著聯絡不間斷呢？
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    216億公裡，這個距離相當於地球和太陽距離的145倍，而它的速度更是達到了每小時55000公裡，毫無疑問，旅行者一號是迄今為止人類製造的飛得最遠並且速度最快的飛行器了。太陽能的供給越來越不穩定，所以工程師在旅行者1號上安裝了核發電機。而旅行者一號之所以能夠續航那麼久，除了自身攜帶的核發電機以外，它還運用了一種特殊的飛行方式，科學家將這種飛行方式稱為「彈弓效應」。這才是它可以一直飛行下去的原因。那麼它是如何把信號傳回地球的呢？
  • 旅行者1號傳回一張地球照片,科學家看後,瞬間沉默不語了!
    旅行者1號傳回一張地球照片，科學家看後，瞬間沉默不語了！人類對探索外太空有一種執著的追求，從幾千年前到現在，仍然沒有停止過追尋的步伐。古代的人們，只能抬頭仰望夜空，將那種期盼的心情寄託於夜空中。旅行者1號傳回一張地球照片，科學家看後，瞬間沉默不語了！人類發生探測器的主要目的1977年，NASA發射了旅行者1號，它被世人寄予厚望，時隔多年，旅行者1號為人類傳回不少照片和數據信息。為了尋找外星文明，人類特地在旅行者1號放了一張關於地球的光碟，這上面詳細介紹地球的所處位置。