太空探测器远离地球几亿公里,如此之远如何能遥控?

Question

如题所述

Answer 1

1. 目前，距离地球最遥远的人造探测器是“旅行者1号”。截至2023年，旅行者1号已经飞行至大约224亿公里的距离，相当于0.00236光年，通讯时差约为20.45小时。这意味着，如果旅行者1号在此时发送信号，地球上的天线大约需要20小时45分钟才能接收到。
2. 尽管旅行者1号与地球之间的距离极为遥远，但实际的信号传输并没有想象中那么困难。这个过程并没有使用任何“黑科技”，仅仅是运用了普通的无线电通讯技术。探测器将声音、图像或数据转换成无线电信号，然后发送回地球，而地球的控制中心则使用相同的技术对探测器进行遥控。
3. 无线电信号的强度随着传输距离的增加而减弱，到达地球时只剩下最初的一百万亿亿分之一，大约是10^-22瓦。此外，传输速度也相当缓慢，最快时仅为1.4kb/s，这对于现代的互联网速度来说几乎可以忽略不计。
4. 为了接收和发送如此微弱的信号，NASA在上世纪建立了“深空网络”（Deep Space Network，简称DSN）。这个网络由三处位于不同地区的深空通信设施组成，分别位于澳大利亚堪培拉、西班牙马德里和美国加州皮凯模。
5. NASA还采取了三种措施来提高信号接收和传输的成功率：使用高增益天线集中信号，使用高达8GHz的通讯频率以获得高信噪比，以及在探测器上装配高精度的陀螺仪以确保天线对准地球。
6. 尽管科学家们采取了各种措施减少信号损耗，但旅行者1号与地球之间的极端距离和宇宙中的辐射仍然对信号强度产生了影响。因此，探测器在传输数据时使用大量的纠错码来提高信息的正确率和完整性，尽管这会牺牲传输速度，导致速度降至不到1kb/s。
7. 旅行者1号携带的发电机已经超出了预期的使用寿命。科学家们估计，探测器的科学仪器应该能工作到2025年，而与地球的通信至少能维持到2036年。在那之后，旅行者1号可能会失去与地球的联系，但它将继续飞行，带着人类文明的印记，深入宇宙。