旅行者飛這麼遠，NASA用什麼技術來監控？放心，旅行者已經在瞎飛

2020-10-18 星辰大海種花家

旅行者的飛行畫面就不可能啦，請不要認為像好萊塢大片中控制無人機定點清除蓋達組織某個頭目那樣可以看到實時的畫面！能和旅行者保持的僅僅是幾個byte的聯繫，一張圖片要發很久，而且延時也越來越久，到最近連最基本的聯繫都無法繼續保持.....

一、旅行者用什麼通信？

自從無線電通信方式發明以來，除了光纜能到達的超大容量數據通信以外，其他遠距離超遠距離通信已經被無線電徹底替代，甚至你家裡的無上網已經替代了網線，和手機代替了座機，而跨越宇宙空間的，也只能通過無線電來通信

1、無線電通信

無線電通信原理理解起來並不難，將聲音、文字、數據或者圖像等信號調製在無線電波中，傳輸到遠方，在通過解碼的方式還原，這就成了我們所熟悉的無線電通信！

上圖是中波中波廣播電臺使用的調製方式：調幅，設備簡單但抗幹擾能力不強，除了調幅還有調頻等，當然這些都是模擬通訊方式，而與之相對的則是抗幹擾更強的數字通訊！

這個接收到的幅度只有2種，低電平和高電平，它抗幹擾能力更強，而包含的信息量多少則和頻率有關，頻率越高每秒發送的信號低電平和高電平信號就越多，那麼包含的信息量就越多，這表示帶寬就越大！

2、旅行者一號的通信頻率和帶寬是多少

旅行者通訊一2.3GHZ或者8.4GHZ的頻率在深空網絡通道18中傳輸數據，從地球向旅行者發送測控信號時使用的則是2.1GHZ。當旅行者和地球之間無法通訊時，數據將被暫存在一個空間為64千字節的數字磁帶記錄器中！會在重新和地球建立聯繫時候繼續傳送數據！不過要提醒一下的是當前旅行者和地球之間的通訊延時超過20個小時！

整個旅行者一號的結構是圍繞它那面直徑為3.7M的巨大的天線展開的，因為旅行者一號的無線電通信的設計理念是跨越太陽系內無線電通訊的極限！但由於距離遙遠，為了保證信息準確無誤，在信號傳輸過程中加入了大量的糾錯技術，因此有效信息的傳輸速度非常低，甚至都不到1kb！也就是1024位元組，現代高解析度手機的一張照片最低大約為3-4MB，更大的有10MB，單反的RAW格式照片有30-50MB，1MB=1024×1024位元組，假如要發送一張手機照片的話，需要1024×1024/86400×3=12.13629天×3=36.41天！

當然旅行者也會使用壓縮技術，但因通訊條件原因，經常會中斷，真的難以想像旅行者怎麼把那些精彩絕倫的照片發回來的！

比如上圖是柯伊伯帶附近拍攝的地球照片，大量黑色的背景可以被壓縮，只是種花家實在找不到旅行者一號當年的壓縮算法！不知道格式是不是JPEG哈.........不過肯定不是，因為JPG團隊都是1986年才創立的，1992年才發布標準。

3、為旅行者通訊的的保障措施

NASA的DSN(深太空網絡)是深空測控關鍵網絡，分別位於美國（加州）、西班牙（馬德裡）和澳大利亞（坎培拉），為NASA的深空探測器提供通訊與下載數據服務，當然也會在射電天文和雷達天文學相關觀測。

DSN節點分布與測控角度示意圖，在3萬千米以內時會有部分死角，但只要超過此距離，它將必然位於某個節點的通訊範圍之內！

旅行者的發射功率僅僅20W左右，無線電信號與距離的平方成反比，那麼那麼通過將近150天文單位的距離到達地球時信號強度僅為4.17×10^-26 W/m^2，上圖深空那個網絡中最大的發射天線直徑達到了70M，最大的單一70M天線上獲得信號去強度為1.6×10^-22W，這個小數點後面有22個零的數字，種花家念不出來哈！

4、最後一次修正

2017年12月2日，旅行者1號的控制團隊最後一次對它的姿態做出修正指令，保證旅行者的天線準確指向地球，為此旅行者將增加數據傳輸約2-3年，未來電力不足將難以為繼，但這自這次調整以後，人類再也無能為力對它做出修正，它目前已經在瞎飛！

二、有實時可以保持遠距離甚至超遠距離的通信嗎？

延時將近20小時，甚至1Kb都無法保持的通訊，你不得不佩服科學家的耐心，種花家在刷網頁時稍微延遲下就有點受不了，那麼有沒有一種超高速度、超遠距離的通訊方式嗎？

1、太陽系內的中繼通信

新視野號的通訊方式雖然有所改善，但並沒有達到高速的程度，這是信號傳輸方式和衰減造成的，未來的解決方式是在小行星帶建立中繼通信，提高信噪比，增加傳輸速率！

UNICON星座就是這樣一種存在，將在小行星帶建立一個由雷射相互連接的星座，對深空探測進行中繼通訊支持，到那時應該會有所改觀。但通訊延遲，似乎是一個無法解決的問題。

2、量子糾纏&加密通信

量子糾纏其實根本就無法用來通訊，因為這種疊加態會在被探測的同時坍縮，因此量子糾纏通訊是不可能的，而現代所謂的量子通訊都是加密通訊，而對於地球上，這種延時並不明顯，更重要的是加密需求，不可破解的量子加密通訊的誘惑力是致命的！

3、真正實時的通信

《星際之門-宇宙》中有一種通訊石，是一種無論相隔多遠都可以實時通訊的一種方式，它來自超級文明，並不是地球上的產物！但現代人類並不擁有這樣的技術，我們無法從原理上來探知這種通訊方式！

而量子糾纏通訊則從原理上將我們的實時通訊道路封死了，因為傳遞信息無法超過光速！可能未來還有很長的路要走！

三、旅行者一號會去到哪裡

旅行者一號是第一個飛出日球層的人造飛行物，它的飛行方向是蛇夫座附近！

旅行者一號並沒有朝著指定的恆星前進，旅行者的目的就是飛出太陽系（簡單的說就是丟了），目標當時可能還沒想好哈！不過它大約會在4萬年後經過蛇夫座AC+793888恆星附近（1.6光年處），請注意這顆恆星靠近太陽系方向的速度（119千米/秒）遠超旅行者一號的速度（17.062千米/秒）

相關焦點

  • 旅行者一號距離地球那麼遠,如何保持聯絡?
    1977年發射的旅行者一號已經連續飛了42年了，它現在已經距離地球有219億公裡了，約140個天文單位，140個日地距離啊，就算是全人類拼了命帶它回來也回不來了，太遠了，超出了我們能觸及的範圍。那麼遠的距離，飄蕩在太空中，人類該怎麼與它保持聯絡以及傳輸數據呢？
  • 旅行者1號已經飛出了太陽系，人類是如何與它保持聯繫的？
    旅行者1號已經飛行了43年，由於距離遙遠，目前沒有技術能夠監視它的飛行畫面，只能通過無線電波與它保持聯繫。人類與它最後一次互動，是在2017年11月28日，工程師下達指令，修正了它的航線。旅行者1號利用引力彈弓效應成功加速至第三宇宙速度（16.3千米每秒），比旅行者2號快10%，成為人類歷史上飛行速度最快的探測器之一，。它於2014年穿越了太陽風層頂，成功飛出了太陽系，但還在太陽引力的控制範圍之內。即使這樣，它仍然是人類有史以來飛得最遠的探測器。
  • 旅行者一號飛了40多年,如今怎麼樣了?
    引言：如果要說出人類目前飛行距離最遠的飛行器，那非美國的旅行者一號莫屬。正如其名，這架探測器就像一位「遊客」一樣在宇宙中旅行，而且這一遊就是用了四十年。不僅如此，它未來還會繼續向太陽系外的區域進發，為人類探索更多未知的空間。
  • 旅行者一號已經飛行了217億公裡,還需要多久才能飛出太陽系?
    科學家的期望是當旅行者號飛出太陽系之後，被外星文明捕獲，然後外星文明通過唱片中的記載信息知道地球的存在，人類的存在，從而跟人類文明建立聯繫。那麼這樣的期望能夠實現嗎？目前旅行者一號已經飛行了217億公裡，是人類科學史上飛得最遠的探測器，它還需要多久才能飛出太陽系？
  • 旅行者一號已經飛出銀河系了嗎?它到底是如何把信號傳回地球的?
    1977年9月5日，人類向太空中發射了旅行者一號，如今，幾十年過去了，按照科學家們的跟蹤測量，目前旅行者一號已經飛出了差不多216億公裡，差不多等於從地球到太陽之間進行70多個來回，並且時速還保持在每秒17公裡左右，那麼，旅行者一號飛到了哪裡了呢？是否已經達到宇宙邊緣，幫助人類探索更加廣闊的宇宙了呢？
  • 旅行者一號真的飛出太陽系了嗎?科學家:再飛10000年也飛不出
    我們人類飛得最遠的探測器是旅行者一號，我們都知道，它已經飛離地球220億千米之遠了。它身上攜帶著我們地球的信息，攜帶著我們人類文明的問候，它是人類文明向宇宙介紹自己的第一步，它是一個使者，它的使命已經完成了一半，它幫助我們探索了木星，土星，天王星，接下來我們希望它將幫助我們探索太陽系以外。
  • 旅行者1號已經飛了222億公裡，它為什麼不會撞上太空中的小行星？
    因為旅行者1號是迄今為止飛得最遠、飛得最快的深空探測器，而旅行者2號是人類唯一一個造訪了木星、土星、天王星、海王星的探測器，也是人類唯一一次近距離探測天王星和海王星的功臣。2號發射時間為1977年8月20日，由此可知這兩個深空探測器在太空中飛行的時間都已經超過40年，在40多年的時間裡面，旅行者1號飛越了222億公裡的距離，旅行者2號如今距離地球也有185億公裡，這是什麼概念？
  • 旅行者1號已經飛了222億公裡,它為什麼不會撞上太空中的小行星?
    因為旅行者1號是迄今為止飛得最遠、飛得最快的深空探測器，而旅行者2號是人類唯一一個造訪了木星、土星、天王星、海王星的探測器，也是人類唯一一次近距離探測天王星和海王星的功臣。旅行者1號旅行者1號發射的時間為1977年9月5日，旅行者2號發射時間為1977年8月20日，由此可知這兩個深空探測器在太空中飛行的時間都已經超過40年，在40多年的時間裡面，旅行者1號飛越了222億公裡的距離，旅行者2號如今距離地球也有185億公裡，這是什麼概念？
  • 旅行者一號已經飛了40多年,還要飛多久才能飛出太陽引力範圍?
    旅行者一號是美國宇航局研製的一艘無人的空間探測器，在1977年9月5日發射，到現在依然可以正常運作，到現在為止，已經飛到了距離太陽211億公裡的地方，已經成為了人類歷史飛行最遠的探測器。同時，在地球上，在美國、西班牙和澳大利亞部署了3個基地來接受旅行者一號的信息，這3處設施的設計，使得地球在自轉的情況下，依然可以接收到來自旅行者一號的信息。
  • 旅行者號已經飛出太陽系,為什麼傳回的數據卻截然不同?
    尤其是以「旅行者」系列為代表的探測器成功飛出地球，開始了漫長的太空探索之旅。當然，全人類都對此寄予厚望，並且製造了兩個刻有人類文明信息的黃金唱片，希望能夠向未知的世界傳達人類的友好問候。實際上，「旅行者二號」並不是「旅行者一號」的備選方案，科學家們已經一再解釋，它們執行了不同的任務，只是在相近的時間段裡飛出了太陽系而已。最近，面對已經漸漸離我們遠去的「旅行者」系列探測器，科學家們仍然在密切關注它們的行蹤，作為目前離我們最遠的人工探測器，它們本身就承載了人類的很多期望。
  • 旅行者1號飛出太陽系6年後,旅行者2號也飛了出去,進入星際介質
    旅行者1號飛出太陽系6年後，旅行者2號也飛了出去，進入星際介質人類在探索宇宙空間的時候，向太陽系內的天體發射了幾百個探測器，除了行星和衛星，還有小行星的探測器。除此之外，還有一種星際旅行的探測器，是為了探索宇宙空間的一種探測器，這其中最為出名的就是旅行者1號，這個飛行器現在已經飛出了太陽系，進入了星際空間中，那麼，旅行者1號到底是個什麼樣的探測器呢？快跟小編一起了解一下吧。旅行者1號是NASA發射的一個外太陽系探測器，它的重量只有815千克，發射與70年代，不過，這麼多年過去了，就算是現在依然還在正常工作。
  • 旅行者1號能飛出銀河系嗎?
    」已經漫遊了42年。那麼，這艘無人太空飛船目前飛到哪裡了呢？它最終又會飛到哪裡？它能飛出銀河系嗎？它會有怎樣的結局呢？ 在2012年，旅行者1號衝出太陽風層頂，進入星際空間。目前，旅行者1號距離我們大約220億公裡（20.4光時）。但它還遠未飛出太陽系，甚至還沒有抵達太陽系外層的奧爾特雲，因為太陽系的半徑至少有1光年。
  • NASA旅行者1號和2號飛船的主要成就
    旅行者2號在1989年8月離開海王星後為星際空間設定航向，預計將在未來幾年進入星際空間。旅行者們一起向我們傳授了很多關於太陽影響的程度，以及我們行星以外的空間的本質。第一艘離開日光層進入星際空間的太空飛行器(旅行者1號)第一艘測量宇宙射線強度的宇宙飛船--原子加速到接近星際空間光速的速度(旅行者1號)第一個測量星際空間磁場的太空飛行器(旅行者1號)第一艘測量古代超新星噴出的星際介質物質密度的太空飛行器(旅行者1號)第一個測量太陽風終止衝擊的太空飛行器--太陽風使粒子在進入星際介質時速度低於聲速的邊界(旅行者2號)工程和計算第一和記錄旅行者號以幾乎相同的配置和儀器發射
  • 「旅行者1號」飛出太陽系 外星文明探測開新篇
    美國在本國的加州、西班牙馬德裡和澳大利亞的坎培拉建設了三個大型測控站，三站在地球上的地理位置正好相隔120度，達到全覆蓋，無論地球轉到什麼位置，都可以和外太空的空間探測器聯繫上。為了增加測控站的靈敏度，其收發信號的天線比較大。　　「旅行者1號」飛到如此遠的距離，實際上其發回的信號已經非常弱了，但仍然可被接收到，這說明美國的測控技術水平非常高。
  • 飛行了41年,旅行者1號的燃料即將用完,它還能繼續飛嗎?
    我們在地球上正享受著悠閒的周末時光，而在太陽系之外，有一個物體正在急急而奔，即使它如今已經遠離地球220億公裡，在宇宙中奔跑了41年，但它的目標遠不止如此，它還需要為人類奔赴得更遠。說到這裡，肯定已經有很多小夥伴猜到了，這就美國宇航局NASA上世紀70年代發射的旅行者1號，它的目標是為我們尋找地外文明，從它發射的那一天起，就一直被我們所關注，它一次次打破飛行器的航行記錄。說到這裡，你會不會有一些疑問呢？旅行者1號航行了這麼久，真的還在正常運行嗎？它又是如何在220億公裡外與人類保持通訊的呢？
  • NASA官宣!旅行者2號已飛出太陽圈!
    來自NASA官方的消息，旅行者2號已飛出太陽圈（heliosphere），成為繼旅行者1號之後，又一個進入星際空間的人類探測器。為這兩兄弟點讚！通過對比分析旅行者2號各個儀器的探測數據，NASA的科學家確定旅行者2號已於2018年11月5日穿越太陽圈的邊界——日球層頂（heliopause），正式步入星際空間。太陽圈是由太陽粒子和磁場形成的泡狀結構；日球層頂則是其邊界，是太陽風與星際介質相會的地方。旅行者1號早在2012年8月捷足先登，率先飛出太陽圈。
  • 失控7個月飛了188億公裡旅行者2號傳回兩個字，究竟怎麼了？
    在相繼完成探測任務後，旅行者1號已衝出日球層頂，離開太陽系，飛向銀河系中心。率先出發的旅行者2號反而速度慢一點，但也飛出了太陽系，在星際空間四處打望，希望能發現點什麼奇怪的東西，好向人類發回報告。　　但兩艘飛船都飛了這麼遠
  • 「旅行者」:觸摸星際空間
    此時，它已出發36年，行程187億公裡，是有史以來飛離地球最遠的人造飛行器。《銀河英雄傳說》中的豪言：「我們的徵途是星辰大海」，用在一往無前的「旅行者」身上再貼切不過了。愛德華·斯通是「旅行者」項目當年的首席科學家，也是有幸活到現在、能夠目睹這一光輝時刻的為數不多的元老之一。他說：「這是一個重要的裡程碑。
  • 已經飛了40多年，旅行者一號傳回一張照片，為何讓科學家深思？
    在上個世紀的時候，科學家們對於自己的研究非常自信，科學家認為自己的研究已經能夠讓人類過上充滿科技感的生活，但是進入21世紀之後，人類才意識到自己的科技發展並沒有那麼的前衛，尤其是隨著人類進入宇宙之後，宇宙當中有很多的現象等待人類去發掘，而以目前人類的科技手段與認知水平是沒有辦法充分的了解宇宙的，人類越是想要深入了解宇宙，越是能夠明白人類目前的渺小，宇宙的範圍非常的廣闊。
  • 旅行者1號或許已經正式飛出太陽系!
    儘管美國航空航天局(NASA)還沒有發表任何官方聲明，但是據《今日宇宙》網站報導，國外天文博客圈子裡正在瘋傳，旅行者1號探測器已經正式飛出我們的太陽系了