先进的科学技术手段。
出于人类科技发展和深空探测的需要,人们将目光从地球转向了无边无际的宇宙,为了得到地球外部空间环境、天体物理以及生命科学等前沿领域的重要资料和解决现有条件下,在载人深空探测领域面临到的瓶颈问题,太空探测器得到了长足的发展,无论是月球、近地行星以及太阳,都有过人类太空探测器经过的身影。时至今日,全球共向宇宙发射了200颗左右的探测器,这些探测器中不包括绕地运行的人造卫星。在这些探测器中,距地最远的是在1977年发射的旅行者1号和2号。
无论是对月球的探测,还是对火星以及太阳探测,他们都属于无人探测器,没有人类在探测器上进行指令操控,都是从地球向探测器发射相关的信号,然后探测器通过接收的指令来进行各种姿势的调整、设备的运行状态和关闭以及轨道修正等相关操作,这个原理实际上和儿童玩的遥控玩具车存在类似的地方。
大家知道在太空中最快的速度就是光速了,光速的本质就是电磁波,而现在探测器用到的信息遥控的方式也是借助电磁波传输的方式,将各种信息,例如图像、数据以及声音等,以加密的方式形成无线电信号,电磁波在宇宙真空状态下传播的速度也是光速,所以距地近的探测器对从地球发出的指令的响应时间也比较短,而距地远的探测器,对从地球发出的指令的响应时间也相应的比较长。
以距地最远的旅行者1号来说,目前旅行者1号距地的距离为220亿公里左右,已快要抵达奥尔特星云的边界了,旅行者1号传回的信息被地球接收到,整个过程大约需要20多个小时。距离上次地球给旅行者1号发出的指令,现已过去3年多的时间了,当时两者之间传递信息所需要的时间很长,但根据通过传回的信息显表明,旅行者1号仍能正常运行,也能够按照地球发出的指令进行相应的回复。
但随着旅行者1号距地的距离的越来越远,无线电通讯的损耗也相应的更加严重,再加上探测器上的电池电量的日益减少,科学家被迫关闭了与旅行者1号的所有联系,不再发布指令,不过我们仍然可以偶尔接收到来自旅行者1号发出的微弱信息。
其实远离地球的太空探测器也是用无线电来控制的。
什么是太空探测器?
太空探测器是空间探测的范围集中在地球环境、空间环境、天体物理、材料科学和生命科学等方面。
向飞行在太空中的探测器发送信号,或接收来自宇宙探测器发送的信号,与我们接收地球上的广播、电视信号的方法区别不大,也是用的电磁波,就是无线电信号。
那星际间的无线电传送是和地面上的一样的么?
一样的,如果说区别,就是星际间无线电信号都是定向传送的。
这个过程又是如何的呢?
首先,地面控制信号先转换为无线电信号,通过大型抛物面天线(就像雷达或接收卫星电视信号的“大锅”一样)向着宇宙探测器所在的方向发射出去,当这些无线电信号被探测器上安装的小型抛物面天线接收到后,转换为电信号,用来对探测器进行控制。
探测器拍摄的照片、接收到的宇宙信息等,也是先转换为无线电信号,再向着地球的方向发射出去,再一次被地面上的大型抛物面天线接收到,转换为电信号,放大后还原为原始信号,如照片或电脉冲等。
实际的操作中要复杂一点,因为宇宙中也有背景信号的干扰,如果想获得清晰的信号,选择合适的无线电波段、采用扩频技术、降低信号中的数据量、使用高增益天线、尽可能增大天线的直径都是很有必要的,通这样的调节,才能使我们能够对数十亿千米以外飞行的宇宙探测器实现精准控制,并接收到它们发送回来的信号。
我国向外太空发射的太空探测器
嫦娥一号
嫦娥一号卫星中国首颗绕月人造卫星嫦娥一号是我国首颗绕月人造卫星。总重量2350千克左右,太阳能电池帆板展开长度18米,预设寿命1年。该卫星的主要探测目标是:获取月球表面的三维立体影像、分析月球表面有用元素的含量和物质类型的分布特点、探测月壤厚度和地球至月亮的空间环境。嫦娥一号卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心升空,2009年3月1日完成使命。
嫦娥二号
嫦娥二号卫星中国第二颗探月卫星嫦娥二号卫星,是中国第二颗探月卫星、第二颗人造太阳系小行星,于2010年10月1日在西昌卫星发射中心升空并顺利进入地月转移轨道。 嫦娥二号获得了分辨率优于10米月球表面三维影像、月球物质成分分布图等资料。随后完成进入日地拉格朗日L2点环绕轨道进行深空探测等拓展试验以及飞越小行星4179等再拓展试验。
嫦娥三号
嫦娥三号探测器我国第一个无人登月探测器嫦娥三号探测器是我国嫦娥工程二期的探测器,是我国第一个月球软着陆的无人登月探测器。于2013年12月2日在西昌卫星发射中心升空,14日成功软着陆于月球雨海西北部,15日完成着陆器巡视器分离,并陆续开展了“观天、看地、测月”的科学探测和其它预定任务,取得一定成果。嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。
嫦娥四号
嫦娥四号于2018年12月8日发射升空;于2018年12月12日完成近月制动,被月球捕获;于2019年1月3日在月球背面预选区着陆 ;于2019年1月11日与玉兔二号完成两器互拍工作。
嫦娥五号
2020年11月24日,长征五号遥五运载火箭搭载嫦娥五号探测器成功发射升空并将其送入预定轨道。嫦娥五号(Chang'e 5),由国家航天局组织实施研制,是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器,为中国探月工程的收官之战。
萤火一号
萤火一号火星探测器我国第一颗火星探测器萤火一号,是中国火星探测计划中的第一颗火星探测器。于2011年11月8日搭乘俄罗斯的福布斯号采样返回探测器一起发射升空。11月9日,俄方宣布福布斯-土壤号火星探测器变轨失败,受此影响萤火虫一号发射失败。此前规划的探测目标是对火星的空间磁场、电离层和粒子分布变化规律,以及火星大气离子逃逸率进行探测等。