旅行者1號相隔地球217億公里,功率僅23瓦,數據如何傳回?

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於1977年離開地球的旅行者1號至今還是距離地球最遠的人造物體,它現在遠在216億公里之外,相當於地球和太陽距離的144倍。雖然旅行者1號無法利用太陽能供電,但其攜帶的核發電機一直工作至今,所以這個探測器還有電力與地球保持通信。不過,旅行者1號離地球非常遙遠,它是如何把信號傳送回地球上,而地球上的科學家又是如何把信號傳送給旅行者1號的呢?

旅行者1號和地球的通信基於無線電波,信號會以光速在空間中傳播。地球上想要接收到旅行者1號的有效信號非常困難,因為無線電信號的強度遵循距離的平方反比定律,這意味著信號經過長距離的傳播之後,其強度會大幅度減弱。

據估計,當旅行者1號發射的信號到達地球時,其強度只有發射時的100萬億億分之一。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。

為了使得通信可以正常進行,在旅行者1號設計之初,科學家就特別對它的通信能力進行了增強。它的主體包含一個巨大的高增益天線,這是一個直徑可達3.7米的拋物面天線。同時,姿態控制系統使得天線可以一直對準地球。

在地球上,美國宇航局(NASA)還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,科學家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向旅行者1號發送指令,成功啟動了四個軌道修正推進器。

不過,旅行者1號把數據傳輸回地球的速率非常慢,每秒僅為160比特。而上行指令的速率更慢,只有下行速率的十分之一,即16比特/秒。

另外,由於距離非常遙遠,旅行者1號發射出的無線電波需要大約20小時才能傳播到地球上,反過來也是如此。再過幾年,耗盡電能的旅行者1號將會徹底失聯,它會作為人類無聲的信使不斷在星際空間中穿行。

未來將會飛出太陽系的旅行者1號攜帶著鍍金唱片,上面記載著人類和地球的信息,有些人對此表示擔憂。但這種擔心應該是多餘的,因為宇宙空間實在太大了,旅行者1號在宇宙中非常不起眼,它被宇宙中可能存在的外星文明發現的概率極低。

就算旅行者1號有威脅,但它的速度並不快,它還要經過上萬年的時間才會離開太陽系,所以人類在未來完全有能力把旅行者1號捕捉回來。但在大概率上,旅行者1號是不會回來了,它很有可能會像太陽以及其他恆星一樣,不斷環繞銀河系中心運動。





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旅行者1號數據的傳輸,主要依賴三塊氧化鈈_238放射性同位素熱電機利用它自然衰變產生的熱量轉化為電能,在漫長的太空遨遊中獲得源源不斷的電能,提供了420瓦功率利用x波段電波數傳,通過拋物面天線利用無線電波空間傳送技術,將電波信號傳送到地球的。但從旅行者1號始發信號功率將會逐漸衰減為起初的100萬億億分之一,僅僅只有10^_22瓦,而且傳回地球需耗時大約20.06一40小時左右,傳輸速度極其漫長,大約只有1.4Kb/s。但是傳輸時間長都不要緊,重要的是信號由於217億公里的漫長傳輸,極大的減弱了信號的傳輸質量,電波信號非常的微弱,可是偉大的科學家們經過多年的努力深研,還是通過2.3GHz與8.4GHz頻段發送給深空網絡將微弱的信息放大後完全地接受了。

相關國家的科學家們為了偵測接收旅行者1號發回的微弱電波信號,建立了多處深空網絡接收站Deep space Network.DSN.。

從三個方面加大增強信號的傳輸接收功率:

一,為了讓無線電信號集中朝地球方向上,增大傳輸間距,特別使用了高增益天線;

二,對於旅行者1號的通訊電頻高達8GHz,排除干擾,接收成功率極大的增強;

三,高精度的陀螺儀,讓它始終對準地球方向,增強了對傳回地球電波信號的接收率。

旅行者1號的電波信號的傳輸與傳回地面的微弱電波信號的接收都不是件很容易的事情,深空網絡傳輸與接收它是相關國家的強項。它包涵著偉大的科學家們的高級智慧,是值得擁有和敬仰的!











人居環境論


旅行者號設計之初就考慮到了電能有限的問題,一切儀器都是被設計成功率極低的使用條件。電池是採用鈈元素的核電池,利用鈈元素的放射性供電。這就大大延長了旅行者號的使用年限。

而且旅行者號的無線電發射功率僅僅為23瓦特。發射的信號傳到地球已經減弱到原來的一億億分之一,這是什麼概念呢。相當於電子手錶的功率的200億分之一。而且旅行者號的天線大鍋直徑達到了3.7米,這也大大增強了信號強度。  



 

這些可謂是天才的設計,在30多年前科技還沒有這麼發達的時候,能設計出這樣的飛行器。我們不得不為人類的才華叫好。人類迄今為止最偉大的飛行器就這麼不停的飛出了太陽系。未來還要攜帶人類的願望在宇宙中慢慢旅行。


  

隨著距離地球越來越遙遠,每次收到信號的強度和時間也是越來越長。旅行者號基本已經飛離開了太陽風的範圍,大約到2030左右核電池也將燃燒殆盡。旅行者號將永遠變得沉默了,將和地球永遠失去聯繫。但是旅行者號依然承載著人類的希望和美好的願望飛往宇宙深處。希望有一天可以遇見智慧生命,把人類的文明傳播到宇宙。

  

記得小時候,那時候看報紙,有一篇關於旅行者號的報道,標題是《衝出太陽系,尋找外星人》。當時看的心潮澎湃。希望旅行者號早起能找到外星人,現在看來有點幼稚。也許永遠都找不到外星人。也許在宇宙空間撞上小流星呢。   

也許我們永遠都不會知道答案了,這樣會更好。
  


科技未來宇宙奧秘


應該使用了中繼衛星。中繼衛星被稱為“衛星的衛星”,可為衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。中國、美國、俄羅斯和歐空局都有自己的數據與中繼衛星系統。



路前的燈


X波段數傳發射回來啊,飛船上有拋物面天線,地面有70米口徑拋物面天線,碼速率很低,慢慢傳唄。


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