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。

關於旅行者1號

旅行者1號是美國宇航局於1977年發射的外太陽系探測器，目前已經朝著深空連續飛行了43年。旅行者1號還有一個兄弟叫做旅行者2號，也是在1977年升空的。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1號利用鈽的放射性能量來發電，簡單來說就是核電池，可以用好幾十年。不過，據科學家估計，旅行者1號的電力將在2020年消耗殆盡。樂觀估計，還能堅持到2025年。旅行者1號在這漫長的旅途中，為人類傳回了大量的科研數據。還攜帶了一枚鍍金鋁質碟片，充當地球人的信使。

如下圖所示，為了節約寶貴的能源，旅行者1號進行了一系列省電操作。正是工程師的這些操作，使得旅行者1號在發射升空40年後仍然能夠與地球保持聯繫。

為了能夠與地球保持聯繫，旅行者1號在設計之初，就建造了一個口徑3.7米的大鍋，那口大鍋就是接收和發送信號的高增益天線。並且攜帶了精度非常高的陀螺儀，可以用來修正天線的方向，即使在非常遙遠的距離也能對準地球。

上圖為旅行者1號的主要結構概況。

NASA的深空網絡

截至2019年10月，旅行者1號距離太陽大約211億公裡。光在真空中每秒大約傳播30萬千米，無線電波也是這個速度。光從太陽表面到達地球大約需要8分鐘，而人類與旅行者1號的距離已經十分遙遠，目前信號往返一次大約需要40多個小時。這種由於空間距離遙遠而產生的延遲，目前是無法解決的。

旅行者1號的信號功率有限，僅有20瓦，隨著距離變得越來越遠，地球上能夠接收到的信號也越來越弱。好在，美國宇航局（NASA）從上世紀60年代就建造了一個極其強大的信號接收系統，叫做深空網絡，主要用於星際通信。該信號接收系統隸屬於美國宇航局所屬的噴氣推進實驗室。

深空網絡(DSN)是一個支持星際無線電通信和射電天文學觀測的全球性天線網絡，它是世界上最大和最敏感的通信系統，由一系列天線陣列組成，單個天線的直徑可達70米，比在地面接收衛星電視信號的室外天線（衛星鍋）大的多。

目前，深空網絡由三處呈120度分布的通信設施組成，分別位於美國加州、西班牙馬德裡和澳大利亞坎培拉，這種安排可以避開地球自轉的影響。

極慢的通信速率

因為距離太遙遠，地球上發出的信號要經過20個小時才能被旅行者1號接收到，旅行者1號收到信號後，回復也要經過20個小時才能被地球上的人接收到。即使到現在，也沒有任何技術可以改善這個問題。

信號在傳輸的過程中會發生衰減，傳輸距離越遠，衰減越厲害，因此旅行者1號採用了2.3GHz～8.4GHz的高頻信號與人類通信，深空網絡使用的則是2.1GHz信號。旅行者1號採用的是模擬信號，相比於數位訊號，信號在傳輸過程中還會受到很大幹擾。為了保證數據傳輸的準確性，旅行者1號使用了大量糾錯技術。

因此，旅行者1號每秒鐘只能傳輸幾個字節的有效數據，一張1MB（1024千字節）的照片就需要傳輸近半個月時間。旅行者1號攜帶了一個64KB的磁帶存儲器，當數據無法及時傳回地球時，就會將數據記錄下來。總體上來說，旅行者1號的數據傳輸速率極慢。

結語

在2017年人類最後一次與旅行者1號互動後，目前人類與旅行者1號基本上處於半失聯狀態，很久才能收到旅行者1號發來的信息，在2025年後就徹底失去聯繫了。之後，旅行者1號將孤獨地向銀河系中心飛去，成為宇宙中的漂流瓶。以當前的速度，旅行者1號到達距離地球最近的恆星系統，就需要4萬多年的時間。

我國如果要發射這樣的探測器，也需要這樣一個深空通信系統。即使到了現在，星際通信的數據傳輸速率依舊較慢，普通人要是用這麼慢的速率上網會抓狂的。

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