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旅行者系列行星探測器，靠的自身大口徑拋物面天線和放射性同位素熱電機提供能源，而地面有NASA建造的深空探測網，對其回傳的微弱信號進行接受，併發送指令。
旅行者系列飛船從1977年於美國佛羅里達由人馬座火箭發射升空以後，就不斷探訪太陽系內其他的行星，它們飛離地球以後，通過自身的大口徑天線同地面無線電導航和監控系統保持聯繫，旅行者飛船攜帶的是直徑達3.66米的拋物面天線，在飛船持續的飛行過程中，拋物面天線始終會保持對準地面位置，以發送探測信息和接受地面操控指令。飛船所需的能源是由放射性同位素熱電機所提供，目前還在持續工作。從旅行者圖片上還可以看到它的攝像機等儀器，還有顯眼的金盤，上面記錄了地球的一些信息。
在地面上，對飛船的控制由美國NASA的噴氣推進實驗室來實施，NASA建立了大型的深空探測網，分別在加州，澳洲和西班牙進行監控，以保證地面探測站能對飛船進行持續的觀測和指令接受發送。地面站裝備了直徑64米的大口徑天線，用以追蹤飛船信號。在旅行者的飛行過程中，地面不斷優化了圖像數據壓縮編碼，減少數據量，同時地面的射電望遠鏡以及不斷改進的跟蹤站排陣，也為了接受飛船微弱信號，不斷進行增強性能。
由於旅行者需要對多顆行星進行探測，它的飛行軌跡會不斷受到行星引力的影響，所以旅行者需要依靠地面的通訊和控制指令，來啟動自身的微型火箭推行系統，來調整飛船的姿態和運行軌道。由於，旅行者飛行越來越遠，傳送和接受信息所需的時間越來越長，需要接近20個小時來收到回傳數據。
想想在遙遠宇宙的深空中，還有旅行者號在孤獨的飛行，不斷髮送信息給地球，而在電池耗盡之後，就會繼續失控的翱翔在太陽系的邊際。這種寂寥的心情需要配首什麼樣的背景音樂呢？
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量子實驗室
旅行者1號與其姊妹船旅行者2號攜帶的鈈電池(核動力電池)將持續到2025年左右。當電池耗盡之後，他們就再也無法向地球回傳數據！
旅行者號探測器，是美國研製並建造的外層星系空間探測器，共發射兩顆。原名"水手11號"和"水手12號"。旅行者2號和旅行者1號分別於1977年8月20日和9月5日發射升空。這兩個姊妹探測器沿著兩條不同的軌道飛行，擔負探測太陽系外圍行星的任務。
隨著離家越來越遠，“旅行者”數據回傳時間越來越長。現階段“旅行者１號”傳回數據大約需要17個小時，而“旅行者2號”則需要13個小時。目前噴氣推進實驗室已沒有專職科學家負責“旅行者”項目，只有約20名專家輪流照顧“旅行者”，進行數據接收和分析。
美國旅行者號在已經飛離地球15億公里的地方又是怎麼與地球進行聯絡的呢？簡單來說就是靠一口“鍋”，這口“鍋”的專業名稱叫“高增益的拋物面天線”。拋物面天線就是用來接收和發信號的器件，它和我們普通見到的“一柱擎天”天線不一樣，它是一個具有焦點的拋物面，平行進入拋物面的光線、微波等電磁波都會匯聚在這個焦點上。增益的意思是把傳輸信號進行放大，這樣能使信號更容易被接收了。簡單來說，這個“鍋”最大的優點就是增益高，這種“鍋”在美國航空宇航局的深空探測器上及地面測控臺站隨處可見。
但是一口“鍋”並不能解決所有的問題，無線通信信號的衰減就與傳輸距離成對數正比關係，隨著探測器越往深空進發，距離地球越來越遠，對測控通信質量的要求也越來越高，同時信息傳遞的延時也會越來越嚴重。而解決的辦法就是將“鍋”的個頭做得再大一些，與美國 “旅行者”號進行聯絡的就是美國深空探測網絡DSN的最大的“鍋 ”——直徑70m的拋物面天線。
這是一件很奇妙的事情！很多人都不知道，在我們仰望星空的時候，有個死氣沉沉的人造品，無知無覺地孤寂前行著！探索著我們嚮往而陌生的宇宙星際！
鎂客網
美國旅行者號飛離地球不是15億公里，而是200多億公里了。但要說飛出太陽系現在還有爭議。天文學界對太陽系的範圍有不同的看法，一種看法是以冥王星為界，這樣太陽系的半徑為40個天文單位，約60億公里；一種是以柯伊伯帶為界，距太陽約100個天文單位，約150億公里；還有一種說法以奧爾特云為界，就是彗星的誕生地，也是太陽引力範圍，半徑約1光年。這三種說法，按前兩種，旅行者號就已經飛出了太陽系，按照後面太陽系半徑1光年的說法，還早著呢，目前才飛了21光時多點，按目前每秒約17公里的速度，旅行者號還要一萬七千多年才能飛出太陽系。
時隔37年還能在這麼遠的距離對旅行者1號進行準確的指令操控，證明了nasa指揮中心的高超操控能力和這臺探測器的精良持久。這臺探測器上還有四組這樣的軌道校正操作裝置，確保了今後一段日子姿態調整的需要。日前，旅行者1號繼續向深空飛去。據ansa通報，這個帶著錄有55種人類問候語的忠實的人類使者，它的電池將在2025年耗盡，人類再也無法收到它的消息。以後，就靠它自己自求多福的漂流了，如有幸遇到地外文明會受到怎樣的待遇，我們將不得而知。
時空通訊
航行在太空深處的飛船靠什麼傳遞信號？
顯然不能像古希臘人那樣靠傳令兵去跑，不然每次通訊都要跑幾億次馬拉松；也不能靠喊，即使有這樣的大嗓門，太空中沒有空氣，喊了也聽不見；好在有一種叫無線電波的東西，可以通過調製加載信息，可以在真空中傳播，每秒還可以跑三十萬公里，是目前最好的傳遞信號的媒介。
旅行者1號，白色的大鍋一樣的就是3.7米的高增益天線。
無線電波的接受和發射需要用天線，旅行者號上帶有專門設計的高增益天線，這面天線是拋物面形的，直徑有3.7米，可以把無線電信號集中在某特定的方向上，這樣可以花費較小的能量發射較強的信號。
天線結構圖
為了互相通訊，地面上還要修建大型的接收站，比如旅行者號用的是美國的深空網絡（Deep Space Network）。深空網絡是專門針對空間任務的，所以它的天線要覆蓋全球，在美國加利福尼亞州、西班牙馬德里、澳大利亞堪培拉等地設有幾十米大小的無線電天線，這樣不管飛船飛到哪個方向都可以接受和發射信號。
位於美國加州的70米天線，深空網絡的一部分。
我們上網有帶寬限制，無線電通訊也類似的限制，所以信號要儘可能簡潔，比如能用文字和數字就不用照片，和我們為了省流量少傳或者不傳照片類似的，比如對信號和數據進行壓縮，相當於我們看小圖、縮略圖，比如把一時傳不完的數據存起來，有機會再慢慢傳，相當於我們掛機下載電影等大文件。這樣即使是遠在太陽系深處的飛船，也可以和地面進行通訊。
至於旅行者號的距離和位置，前面有答主已經說了，就不再重複了，最新的動態可以關注它的官網。
宇宙浩瀚無垠，個人水平有限，圖片來自網絡。如有疏漏，請多指教。
喬小海
我這一篇回答的題目是“四十年的苦苦追逐，你仍回眸一笑”。
旅行者1號是於1977年發射升空的，到現在已有四十年之久。這架太陽系外空間探測器，重量僅僅為815kg，出發時他攜帶了地球上的人類對他的最美好祝願和憧憬，他同時擔負了尋找聯絡地外高級智慧的使命。它攜帶了一張金色唱片，裡面包含著55種人類的語言，27種不同文化的音樂，115幅影像。
圖 1. 旅行者1號由泰坦火箭攜帶發射升空
從出發到現在，它依次探訪了木衛四、土星、土衛六等一系列天體。
它很孤獨，因為它一直是孤身前行；它很高傲，因為它第一個衝出了太陽系。2014年9月13日，NASA正式宣佈，旅行者1號飛離了太陽系。
圖2. 在太空模擬實驗室中的旅行者1號
2017年，旅行者1號迎來了它四十歲的生日。在這特殊的一年，NASA的科學家、工程師們重新喚醒了旅行者1號已沉睡37年之久的推進器。
這條喚醒指令，就如同其他數據交流傳輸一樣，用電磁輻射的方式傳到了旅行者1號的接收器裡。歷時19個小時35分鐘，跨越了211億公里的星際空間。2017年11月28日發出的指令，直到11月29日即將過去的時候，NASA的工作人員終於收到了旅行者1號的回覆。它按照指令開啟了推進器，噴氣10毫秒，使得這一架遲暮之年的勇者得以繼續前行。
就像加加林第一個進入太空，阿姆斯特朗第一個 登上月球一樣，旅行者1號第一個衝出了太陽系，這足以讓它永留史冊。想象有一天，人類駕駛著星際飛船，航向了太空深處。可曾記得，旅行者1號是我們的領路人。到時候會不會頓生感慨，，“旅行者1號的征程不僅是一個探索時代的結束，更是新的探索時代的開始”。
圖3. 藝術家手中的旅行者1號
量子驛站
旅行者號是美國航天局在1977年發射的兩個太空探測器。分別是旅行者1號和旅行者2號，它們的構造差不多，重量是815千克，不到1噸。這兩個探測器攜帶有宇宙射線傳感器、等離子體傳感器、磁強計、廣角、窄角電視攝像儀、紅外干涉儀等11種科學儀器。這些儀器的重量在105千克，其中好多儀器都是為了拍照而設計的。科學家當時發射的它們的目的是為了探測太陽系內行星的基本情況，兩個探測器是按照兩條不同的軌道飛行的。這兩個探測器已經相繼探測了土星、木星、天王星和海王星，還有它們的衛星，發回了5億多個數據，還有大量的照片。
旅行者號是怎麼拍攝照片的呢？原來這兩個探測器的頂端都安裝有拋物面天線，有點像鍋蓋的樣子，為什麼要天線做成拋物面的樣子呢？因為這樣的結構可以最大限度地把來自宇宙的電磁波聚集到它的焦點處，使信號增強。但是無線通信信號的衰減就與傳輸距離成對數正比關係，探測器越往深空進發，距離地球越來越遠，對測控通信質量的要求也越來越高，同時信息傳遞的延時也會越來越嚴重。旅行者號從海王星那裡發射的信號，回到地球需要4個小時。美國科學家想到的辦法，第一是用直徑儘量大的拋物面天線接收信號，第二就是用多個小型天線組成天線陣的方法來提高信號傳輸的效率。
這裡還需要說的是，這兩個探測器使用的是一種鈈電池(核動力電池)。其中“鈈238”是一種高度放射性物質，放射性比用於製造核武器的“鈈239”要高上數百倍左右，人類不能直接觸碰，哪怕吸入一點點都會引發致命的肺癌。但是目前幾乎所有的航天探測器上都用“鈈238”作為電池原料，它可以持續釋放出穩定的熱量，轉化為探測器所需要的電能，是它來持續性提供旅行者號探測器拍照和傳輸信號的能源。
科壇春秋精選
旅行者一號是1977年出發的，目前已經是離地球最遠的人造飛行器，它已經進入太陽系最外層邊界，目前處於太陽影響範圍與星際介質之間。它設置了高增益天線來幫助它將信號集中 以期連續穩定的將信號傳回地球。
白色的大鍋一樣的高增益天線始終對著地球，以利於接收和發送無線電信號。這個天線有著3.7米直徑的拋物面，使其能夠以較少的能量集中發射較強的信號。旅行者1號就是靠這個向地球傳回了海量的星空照片。
旅行者1號是以三塊放射性同位素溫差發電機作為動力來源。這些發電機已經大大超出了起先的設計壽命。它能夠繼續飛行至2025年。一旦電池耗盡，“旅行者1號”將繼續向銀河系中心前進，再也回不來了。在此之後，它也不能傳輸照片了。
在2011年2月，就有跡象表明，“旅行者1號”已在之前某個時刻抵達了太陽系邊緣的“過渡區”，這個過渡區就是太陽系與星際空間最後的交界處。“旅行者1號”已抵達邊界處，也就是說，它將很快進入星際空間了。 一旦進入星際空間，“旅行者1號”將需要4萬年的時間才能抵達下一個恆星系。
1990年旅行者一號回望地球的時候，拍下了一張照片，地球在這張從40億英里外（64億公里外）拍攝的照片中，只是在粒狀照片裡的一個渺小“暗淡藍點”來。
天文學家薩根博士用詩人的語言寫道： 我們成功地拍到這張照片，細心再看，你會看見一個小點。再看看那個光點，它就在這裡。那是我們的家園，我們的一切。你所愛的每一個人，你認識的每一個人，你聽說過的每一個人，曾經有過的每一個人，都在它上面度過他們的一生。我們的歡樂與痛苦聚集在一起，數以千計的自以為是的宗教、意識形態和經濟學說，所有的獵人與強盜、英雄與懦夫、文明的締造者與毀滅者、國王與農夫、年輕的情侶、母親與父親、滿懷希望的孩子、發明家和探險家、德高望重的教師、腐敗的政客、超級明星、最高領袖、人類歷史上的每一個聖人與罪犯，都住在這裡——一粒懸浮在陽光中的微塵。
平原公子
經過41年的飛行，旅行者1號與2號與地球的距離早就超過了15億公里，目前旅行者1號在210億公里之外，旅行者2號在175億公里之外。
旅行者號上攜帶的放射性同位素熱電機還在繼續工作，預計可以運行到2025年過。由於旅行者號上還有電力，所以它們每天還能通過無線電信號與地球上的控制中心保持聯繫。雖然無線電波的傳播速度也是光速，每秒可以行進30萬公里，但由於距離相隔遙遠，無線電信號需要十幾個小時才能從探測器上傳回地球。
然而，信號延遲並不是主要問題，信號衰減才是最大的問題。在這麼遙遠的距離下，探測器想要與地球取得聯繫絕非易事，因為信號在空間中傳播，信號強度與距離平方成反比。這意味著信號穿過巨大的空間到達地球時，將會變得極其微弱。為此，旅行者號上攜帶了一個專門用於深空通信的拋物面天線——高增益天線，並且該天線要始終對準地球。然而，這還遠遠不夠。
旅行者號上的無線電信號發射機的功率僅有20瓦左右，相當於普通冰箱燈泡的功率。當旅行者號傳回的信號到達地球時，功率衰減到僅為100萬億億分之一瓦，即10^-22瓦。為了探測到這種極度微弱的信號，NASA專門建造了深空網絡（DSN），這樣地面控制中心可以實現對旅行者號的信號接收與發射。
兩艘旅行者號的旅行還沒結束，它們正在飛往未知領域，它們去的地方是我們此前從未觸及過的。兩艘探測器還能發現新的東西，並且繼續傳給遙遠的故鄉——地球。在未來幾年，當旅行者號的電力中斷之後，與地球失聯的它們還將繼續遨遊在銀河系的星際空間之中。
火星一號
美國77年發射的旅行者1號和2號太空探測器，飛行至今已有41年，現在探測器早已飛出太陽系，並不斷地拍攝太陽系之外遙遠太空照片回地球，是人類歷史上宇宙探測的首次壯舉，不得不佩服美國40年前的技術就能達到這種高水平，41年了，探測器上面的儀器設備在無維修狀態下保持無故障運行，運行狀態保持良好，這本身就是一個人類奇蹟，如果這些設備能保持良好運行，預計到2025年探測器上攜帶的核電池的核燃料將被耗盡，到時電源因無電力，將會停止拍太空照片送回地球。由於發射成本高，在製造探測器時，攜帶的各種儀器設備要求重量輕，無維修，無故障，使用壽命長，對微型化技術和製造工藝要求都很高，其難度不是外行人所能理解的。至於發送照片回地球的技術問題，探測器上面的設備還是原來的設備，發射功率還是原來的功率，主耍技術困難是，由於距離很遠，經衰減後，信號已經很微弱，接收信號很困難，但這還不是最難的，由於太空中有各種信號干擾，探測器發回的無線電信號已經被淹沒在這些雜亂的各種干擾信號中，這種難度相當於在嘈雜的菜場裡去聽一個小蚊子發出的聲音，一般人都知道，只有在夜深人靜時才能聽到蚊子聲，但現在要求在嘈雜的菜場中探測一個小蚊子發出的聲音，這個難度要求不是一般高，而是超出了非人類要求了，但美國做到了，這不得不佩服美國的高科技。
龍一歐
答：旅行者一號靠自身攜帶的高頻率電磁波發射器，來給地球傳輸數據，目前發射功率只有大約20w。
旅行者1號，在1977年9月5裡升空，目前已經飛出了日球層，距離地球211.5億公里（2018年6月數據，並非題主說的15億公里），相當於0.0022光年，通訊時差19.6小時。
這麼遠的距離上，旅行者1號始終和地球保持著聯繫，旅行者1號的電磁波發射器，目前功率只有20瓦左右，也就相當於一顆普通檯燈的功率，當信號傳到地球上時，已經衰減了數萬億倍。
之所以NASA還能接收旅行者1號的信號，和以下幾點措施有關：
（1）地面上使用高增益天線，直徑達70多米，能把接收到旅行者1號的信號放大數億倍；
（2）旅行者一號的通訊頻率高達8GHz，這個頻段上幾乎沒有任何干擾，也就是信噪比非常高；
（3）旅行者1號上，使用高精度陀螺儀對準地球；
因為距離實在太遠，所以和旅行者1號之間的通訊，也是存在很多缺陷的，比如：為了保證信息的正確率，傳送中使用大量糾錯碼，使得傳輸效率非常低，每秒的有效信息流不到1kb。
另外，旅行者1號採用的兩塊核電池，預計到2025年完全耗盡電力，到時候旅行者1號將完全失去和地球的聯繫。
然後旅行者1號會關閉所有科學儀器，憑著慣性飛出太陽系，預計7.3萬年後，會經過距離太陽系最近的恆星——比鄰星。
