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有效的溝通是執行任何太空任務所需的最基本的要求。在太空中執行任務的太空人需要隨時與地面取得聯繫以完成所有的任務要求，調遣和應急措施。
你認為乘坐阿波羅13號的太空人們是如何設法告知休斯頓控制中心他們所遇到的『麻煩』的？
就連像人造衛星一樣無人操作的設備也需要和地面聯繫來交換信息。那麼，這些距離地球數百，數千甚至是數萬千米的物體是如何與地球上的人們取得聯繫的呢？
通過電磁波交流
太空中的任何通訊形式都是通過電磁波來完成的。我們自始至終都是被電磁波環繞著的。你需要熟悉下面這張描述著電磁波譜組成的圖。
電磁波譜
如圖所示，可見光，也就是我們可以看見並察覺到的光，也是一種電磁波。類似的，無線電波也是一種電磁波。這些無線電波在我們與衛星，航天探測器還有其他太空中的人造物體的交流的過程中擔當了工具的角色。
然而，在過去50年裡隨著通訊技術的飛速發展，一種名叫雷射通訊中繼演示（LCRD）的新技術的發展使無線電波在收發信息方面的效率受到了挑戰，這種通訊技術現已得到了廣泛應用。
ICRD的概念圖。使用這項技術，NASA希望可以減少高清圖片從火星傳回的時間，即從1.5個小時減少到幾分鐘。
當使用雷射而非無線電波時，它的編碼和傳輸數據的速度比目前使用的最好的射頻無線電還要快10到100倍。另外，使用雷射通信的另一個好處是，由於雷射的波長比無線電波短，所以與無線電波相比，雷射在太空中傳播時損耗的能量更少。
然而這只是答案的一部分，我們還想要知道像旅行者1號這樣遙遠的太空探測器將那些不可思議的圖片發回地球或者是太空人在太空中與家人聯繫使用的真正的方法是什麼。
太空探測器是如何使用無線電波與地球聯繫的？
既然我們已經知道了所有太空中的人造物體是使用無線電波或雷射與地球上的人通訊的， 那麼現在就讓我們來了解一下這些電磁波接收和發出信號的實際過程吧。
旅行者1號發出信號
每顆衛星或太空探測器都配備了一個收發器------一種碟形天線(與你在屋頂上看到的天線很相似，只是比它要強大數倍)，的所發出的無線電信號的功率在其功率分配內所能提供的功率範圍內。在這些信號被極其強大和敏感的天線探測到後，它們會被傳送給高級計算機進行大量的計算，並從中提取有用的信息。
讓我再詳細說明一下:太空探測器上載有許多高科技的東西，這些東西使它們能夠維持飛行，更重要的是，使他們能夠向地球傳輸信息。當一個太空探測器，比如說旅行者1號，用它的攝像機拍下一顆行星或一個天體的照片時，它會在機載計算機的幫助下把它轉換成一串1和0。是的，一個高清圖像或者任何其他類型的數據都可以只使用1和0進行編碼!
接下來計算機會將這些1和0轉接到應答器上，應答器將這些數字「放入」無線電波中然後在太空中傳輸這些無線電波。一旦被發出，這些波將要傳播很遠的距離。並且可以預見，它們到達地球需要很長的時間。
旅行者一號
2014年的十月，由旅行者一號發出的信號經18小時到達地球。
而在地球上，裝有一組非常強大的無線電天線，它們被稱為深空網絡(Deep Space Network，簡稱DSN)，負責傳輸的「接收」部分。DSN由三個設施組成(一個在加利福尼亞州靠近巴斯託（Barstow）叫做goldstone的地方;還有一個在西班牙馬德裡附近;最後一個在澳大利亞坎培拉附近)，它們在經度上相隔120度，這有助於它們在地球自轉時保持恆定的對話流。作為世界上最敏銳的通訊系統，它負責支持星際尺度的任務和一些繞地衛星與地面的通訊。
當這些天線探測到由航天探測器所傳送出的信號(其中包含有關探測器的當前位置及其健康狀況的信息，以及所需的科學數據，例如圖片和音頻文件)後會將其轉送到計算機處，再由計算機將它們解碼成有意義有用的信息。
旅行者號捕獲的圖像
旅行者1號在航行過程中拍攝到的各樣行星的圖片（圖片來源：Voyager.jpl.nasa）
為了更好地理解傳輸和接收的概念，我們來看看這個日常生活中的例子:當你在社交網絡上發布自拍照時，它會被立即發送給你所有(連接著網際網路)的朋友。這是因為你的智慧型手機充當了無線電波的發射器;它會將你的自拍照轉成電信號（通過調製）加載到無線電波上，隨後被你朋友智慧型手機上的天線接收到。而當你的朋友上傳了一張照片時，同樣的事情也會發生(只是方向相反)，此時你可以把它下載到你的智慧型手機上。
顧名思義，DSN通常用於探測來自太空中遙遠物體的信號。與國際空間站這樣的宇宙飛船的通訊也可以通過使用其他不太強大的天線來維持。除了使用電磁波(無線電波或雷射)外，與深空探測器和人造衛星通信所使用的技術的基本機制是一樣的。如果沒有這種簡單而有效的通訊技術，我們將永遠無法探索浩瀚的太空。招募太空人也會變得更加困難。
作者: Ashish
FY: 森日立
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