氣壯山河49

自1977年發射升空以來，旅行者1號已經離開地球，獨自在太空中飛行了長達42年的時間。儘管這艘無人探測器目前遠在219億公里外，它與地球的距離相當於日地距離的146倍，但它的飛行軌跡還在受到地球的監控。那麼，美國宇航局（NASA）是如何監測並控制旅行者1號的呢？

旅行者1號相繼造訪了太陽系中兩顆最大的行星——木星和土星，並順便藉助這兩顆氣態巨行星的引力彈弓效應進行加速。在結束了行星探測任務之後，旅行者1號在海王星軌道之外拍攝了太陽系全家福，其中包括旅行者1號所來的星球——地球。此後，達到太陽系逃逸速度的旅行者1號，真正踏上了飛向星際空間之旅。

NASA知道旅行者1號此行路途遙遠，通信將會變得十分困難，所以NASA早有準備。旅行者1號揹著一個直徑達到3.7米的“大鍋”，那是一個高增益拋物面天線，用於無線電信號的接收與發送。同時，旅行者1號還配備精度非常高的陀螺儀，使得天線能夠對準地球。

在地球上，NASA在世界的三個地方部署了深空網絡，其控制中心被稱為“暗室（Dark Room）”。在“暗室”中，地面天線能夠與旅行者1號進行溝通，接收它在太空深處傳回來的極其微弱的信號。

為了保障通信順暢，通信下行頻率通常為2.3 GHz，甚至高達8.4 GHz。同時，深空網絡也能給旅行者1號上傳指令，通信上行頻率在2.1 GHz。在這種超高頻下，通信噪音小，信噪比高。

旅行者1號信號發射機的功率僅略高於20 W，根據平方反比定律，旅行者1號發出的無線電波抵達地球時，輻射照度僅為4.17×10^-26 W/m^2。深空網絡單個天線的最大直徑為70米，所以最大單個天線所接收到的信號功率只有1.6×10^-22 W。也就是說，當地球上的天線接收到旅行者1號的無線電信號時，其強度只有最初發射時的63萬億億分之一。

由於距離極為遙遠，即便旅行者1號發出的無線電信號以光速傳播，也要大約20小時才能抵達地球。但只要旅行者1號還有電力，這種微弱的通信就不會中斷。據估計，旅行者1號攜帶的核動能可以讓設備一直工作到2025年。在那之後，徹底失聯的旅行者1號將會永遠在星際空間中漫遊下去。

火星一號

旅行者一號自1977年升空到現在已整整在宇宙中遨遊了40多年，而行駛的距離早已經超過200億公里，大約0.0022光年，那這麼遠的距離是怎麼用來接收其由旅行者發回來的信息呢？這從兩方面來說。

旅行者號內置配置

旅行者內置了一個20W功率的無線信號發射器，這是個什麼概念呢？其實和你家冰箱裡燈泡的功率差不多。其一，旅行者內部有一個高精度的陀螺儀，可以使之運行軌道一直正對地球，其二，旅行者信號頻率高達8GHZ，這個頻道沒有任何干擾，信噪比很高。

地面信號接受

當信號經過漫長的遊蕩回到地球時，其功率早已衰減到一百萬億億分之一瓦，幾乎已經微不可見，那怎麼辦呢？NASA專門建立了一座深空網絡，其增益天線直徑達到70米左右，可增頻信號放大數億倍。

旅行者一號內置兩塊核電池，預計2025年能量就會耗盡，到時候將會永遠飄行在太空，如幽魂一般，使向那不可知之地，它將承載著人類的意志和探索之路那不屈的勇氣，披荊斬棘，砥礪前行，永不停止。

木頭九哥

旅行者1號是迄今為止人類飛行得最遠的人造飛行器，已經飛出了太陽系最外延的行星和矮行星，飛出了柯伊伯帶，向太陽系外飛去。

自從1977年9月5日發射升空離開地球后，就沒有什麼技術來監控它的畫面了，只是通過深空網絡監控其飛行姿態和接受它發回的電子信息資料。

所謂深空網絡就是遍佈全球的巨大射電望遠鏡陣列，組成一個支持星際任務、無線電通訊、利用射電天文學觀察探測太陽系以及宇宙的國際天線網絡。

所有發射的地外探測器，尤其是脫離地球引力的深空探測器，就是依靠這套系統進行指揮、操控、接受信息的。

旅行者1號近距離探訪了木星和土星，並藉助它們的引力彈弓效應提速，在上世紀就飛躍了太陽系最遠的行星冥王星軌道，向太陽系外銀河系中心飛去。

期間傳回了數萬張彩色照片，讓人類首次目睹了木星、土星驚世駭俗的美麗，還看到了遠離64億公里處對地球那渺小而震撼的回眸一瞥。

現在它已經在深空孤獨的旅行了42年，依然忠實的履行著人類賦予的使命。

我們在NASA專門監控旅行者1號的網站上，還可以看到它飛行速度和距離的實時狀態，截止到現在我寫這篇文章的時候，旅行者1號還在以相對太陽每秒17公里速度遠離我們，距離太陽已經219.28億公里；以相對地球每秒43.7公里的速度飛行，距離我們218.92億公里。

僅此而已，現在旅行者1號完全憑著慣性和設定的航向在飛行，沒有任何動力了。

為旅行者1號提供能量的兩臺同位素溫差發電機（俗稱核電池）也將消耗殆盡，探測器的一些功能從12年前就逐步關閉。如2007年停止了等離子子系統運作；2008年停止了行星無線電天文實驗；2010年停止了掃描平臺及紫外線分光計觀測；2015年停止了數據磁帶機運行；2016年停止了迴轉儀工作等等。

人類最後一次與旅行者1號互動是在2017年11月28日。NASA的科學家們從收集到的信息發現，旅行者1號主發動機功能弱化，為了啟動休眠了三十多年的輔助發動機，向旅行者1號發出了指令。

這個指令經過19個多小時傳輸到達了旅行者1號，又經過同樣時間傳輸返回了控制中心，證實旅行者1號忠實準確的執行了人類的指令，4個輔助發動機工作正常。

這是人類有史以來最遠的一次遙控指揮活動，距離達到200多億千米。

現在旅行者1號只能用微弱的電力傳回方位和速度的數據，這些數據經過20小時多時間的傳輸，由深空網絡接受到相關儀器上進行解析。

事實上，人類已經完全失去了對旅行者1號的控制，在漆黑的深空，旅行者1號只是靠著人類賦予的原動力，憑著慣性和忠誠，孤膽英雄一往無前。

到了2020年，旅行者1號要逐一關閉全部的科學儀器，2025年，將耗盡全部電力，已經沒有任何能力啟動任何單一儀器。

從此人們再也得不到旅行者1號的任何消息，如果沒有意外的話，旅行者1號將在太空一直向前，10億年後如果有地外文明捕獲它，在太空環境下，它上面的唱片和音質還將清晰如新。

但那個時候地球早已海枯石爛，人類如果有幸沒有滅亡，也早已移民深空，穿梭於星系之間，或許旅行者1號已被那時候的人類找回，作為古人類文明證據也未可知。

就是這樣，讓我們默默的祝福旅行者1號一路走好。

時空通訊專注於老百姓通俗的科學話題，所發文章均屬原創，請尊重作者版權，感謝理解支持與合作。

時空通訊

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219億公里了，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？

旅行者一號本體上有一個直徑達到了3.7米的高增益天線，可以把信號集中以頻率為8GHz發射向地球，但由於抗不住距離過於遠，地面上需要口徑很大的天線來接收，傳輸的方式就是普通的電磁波，只不過在傳輸之前需要將信號進行編碼調製，將電磁波的特徵具體到0或1上來，等到地面的天線接收到之後，再進行解調，就可以知道傳輸過來的信息了。

在地球上有專門用於深空通訊的DSN，分別建在三地，一個在加州金石，一個在澳大利亞堪培拉，一個在西班牙馬德里，這樣正好不受地球自轉的影響，時刻都可以保持與深空探測器聯絡。

位於西班牙馬德里的深空通訊網絡的一部分

題目說“通過什麼技術來監控飛行畫面？”

這個肯定是做不到實時監控飛行畫面的，因為來回的信號傳輸超過40個小時，並且，咳咳！無法傳輸視頻畫面的哈~~~~~

對此你們有什麼看法呢？歡迎在下方留言探討。我是科幻船塢，感謝大家的閱讀與關注

本文圖片來自於網絡，侵刪

科學船塢

旅行者一號發射於1977年9月5日，這也是有史以來距離地球最遠的人造飛行器，也是首個離開太陽系的人造飛行器。得益於數次引力加速，旅行者一號的飛行速度比其他任何飛行器都要快，它的主要任務是提供土星和其衛星的照片，並不會提供影像內容。旅行者一號的無線電通信系統主要是為了達到和超越太陽系的極限，其主要包括一個直徑3.7米的拋物面高增益天線，通過地球的三個深空網絡站發送和接收無線電波。

旅行者一號通過2.3GHz或8.4Ghz的頻率在深空網絡18通道傳輸信息，而地球則發射2.1Ghz的信號給旅行者一號。當旅行者一號無法和地球進行聯繫時，它自己攜帶的數字磁帶記錄器可以記下約64千字節數據。

旅行者一號能發送信息，全仰仗三塊反射性同位素熱電機提供電力，而這些電機已經遠超過其設計壽命。按照測算，鈈核電池能保障旅行者一號的儀器工作到2025年。在2036年，通信系統的電力將耗盡。這時，它將不會像地球發回任何信息。

航空之家

天體磁場的起源

論文《天體的基本電場和基本磁場來自於弱作用類卡西米爾壓力的引力作用的正負電荷分離》[16]，由弱相互作用類卡西米爾壓力f QFT產生的正負電荷分離，解釋了歷史上觀測到的地電場和地磁場的起源。

引力場本質上是淨(正反向抵消後)的虛中微子流。地球自身引力場和太陽引力場的淨的虛中微子流將高空電離層的電子壓向地球表面，產生平均120V/m向下的地電場（相當於地球表面荷電5000庫侖）和此負電荷隨地球自轉而產生的地磁場。因為虛中微子對電子的散射截面遠大於對正離子的，電子受到的淨的虛中微子流壓力就大於正離子受到的。電離層中的電子是自由電子，被f QFT不斷地壓向地球表面，直至電子多受的虛中微子流壓力與正、負電荷分離的反方向靜電力達到平衡為止。由於天體都有大的質量和強的引力，靠引力的聚集使其四周都有大氣層和電離層，引力致地磁場的起源機制就普遍地適用於其他天體，例如行星、恆星、中子星等。天體的質量愈大則引力愈強，引力愈強則被壓向天體表面的負電荷愈多。天體的轉速愈快則動量矩愈大，伴生的轉動電荷磁矩也就愈大。我1980年[17]從太陽系中十個天體的觀測數據總結出的動量矩U伴生磁矩P的經驗規律P = − G1/2 U cos θ/c，現在從理論上和實驗觀測上都得到了證實。式中負號表示電子的負電荷，Q= G1/2M是引力致正負電荷分離的電量（f = Q1 Q2 / r2 = G M1 M2 / r2）, θ是天體的自轉軸方向與淨的虛中微子流方向——太陽系整體運動方向（由微波背景輻射的測量得出為指向獅子座）之間的夾角。由地球自轉軸的進動用cos θ可解釋地磁場的反轉約為每130萬年一次。根據動量矩U伴生磁矩P的經驗公式，1980年我用天文觀測的動量矩預言了天王星和海王星的磁矩分別為 - 3.4•1028 Gs•cm3 和 1.9•1028 Gs•cm3 (用旅行者2號新測得的行星自轉速度)。旅行者2號飛船1986年和1989年分別抵達天王星和海王星時測得的磁矩分別為 -1.9 •1028 Gs•cm3和 1.5•1028 Gs•cm3（四極磁矩的貢獻被摺合成了單一的磁偶極矩的貢獻）。由中子星在形成過程中的質量守恆和動量矩守恆，中子星具有極高的密度和極快的自轉速度，從而有強的引力和大的動量矩。由動量矩伴生磁矩公式預言中子星會有大的磁矩和非常強的表面磁場。天體基本電場和磁場的起源機制，將直接地影響到空間科學中有關電磁特性的一切領域，例如，預言太陽黑子的自旋速度正比於它的磁矩。

用戶58526212028

旅行者1號在1977年9月5號發射成功，這是一艘無人外太陽系空間探測器。旅行者1號先開始“拜訪”了木星和土星這兩顆氣態巨行星，並且拍攝了相當清晰的照片，如今的旅行者1號仍然還在星際空間探索。

據瞭解，旅行者1號在飛行過程中一直在向地球傳輸各種信息數據，很多人對此感到好奇，當旅行者1號距離地球很遠的時候，是如何把信息以及數據傳輸到地球上呢？

原來美國NASA知道旅行者1號此行路途遙遠，而且傳輸信息數據會很艱難，所以早就做好了準備。

給旅行者1號安裝了核發電機可以讓其一直飛行下去，還配備了直徑為3.7米多高增益拋物面天線，並且還對天線進行了設置，其不管走到哪裡都始終精確對準地球。旅行者1號傳輸信息數據的方式是通過無線電，地面上的工作也是通過無線電波，從而來接收以及發送信號，這種無線電波在宇宙中的速度可以達到光速。

但是因為無線電信號的強度遵循距離的平方反比定律

也就是說說距離越遠信號就會越弱，再加上旅行者1號的信號發射機的功率非常低，僅為20瓦左右，所以地球上所能接收到的信號極度微弱。為了增強信號，美國NASA在全球三個地方建造了三座深空網絡（DSN）測控站。有了強大的深空網絡，在地球上可以接收到旅行者1號傳回的無線電信號，也可以給旅行者1號發送指令。

在2017年，NASA讓旅行者1號成功啟動了四個軌道修正推進器。旅行者1號已經在太空中飛行了長達42年的時間，未來的某一天耗盡電能的旅行者1號可能會徹底失聯，將會在星際空間中不斷行走。而在旅行者1號身上有記載著人類和地球信息的鍍金唱片……

星球上的科學

旅行者1號飛出太空這麼遠，人類通過什麼技術來監控它的飛行畫面？

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基地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，設備簡單但抗干擾能力不強，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干擾更強的數字通訊！

這個接收到的幅度只有2種，低電平和高電平，它抗干擾能力更強，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字節，現代高分辨率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字節，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，真的難以想象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年才發佈標準。

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（馬德里）和澳大利亞（堪培拉），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節點分佈與測控角度示意圖，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激光相互連接的星座，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）

星辰大海路上的種花家

旅行者2號現在已飛躍冥王星軌道，前進到200億公里外的柯伊伯帶，這麼遠的距離，控制信號光傳輸就需要十幾個小時。

與旅行者號的通信，以人類目前的技術水平，只有通過無線電波的方式才可行。其他方式都需要巨大的能量。 而旅行者2號的電池2025年就將耗光電量。

對於旅行者號飛行軌跡的控制，我想現在人類應該已經放棄干預了，旅行者號現在完全靠著宇宙空間的引力效應及慣性向更遠的宇宙深處行駛，時不時的向地球發送一些探測數據。

旅行者號上記錄有太陽系的位置，還有一些地球上人類的信息，將來某一天一旦被外星人捕獲，我們可能就會被發現了，會不會覺得有點可怕？

徜徉四方

監控飛行畫面的方式、1是在飛行器延伸一根鋼管出來、大概十幾米、可以看清楚它的全貌、

2是在它後面跟一個小飛行器、隨時跟著、帶望遠鏡、

3是在地球附近部署一個望遠鏡、

關鍵字: 地球 科技 旅行者