太空探测器远离地球几亿公里,如此之远如何能遥控?

如题所述

目前距离地球最远的人造探测器是“旅行者一号”。

截止2020年8月12日,旅行者一号已经飞到了距离地球大约224亿公里的位置,如果将这段距离换算成光年,那么相当于0.00236光年,通讯时差达到了20.45小时。

这也就意味着,如果旅行者一号此时发射一段信号,那么在20小时45分钟之后地球上的天线才能将这段信号接收到。

所以,旅行者一号和地球控制中心的信号传输确实是有难度的,但是并没有许多人想象中那么的难,而这其中也并没有运用什么黑科技,使用到的仅仅是人们熟悉的、普通的无线电通讯技术。


旅行者一号所需要做的,就是将需要传输的声音、图像或者数据,转换成无线电信号,然后传输给地球的控制中心,而控制中心也使用同样的方法对它进行遥控。

当然了,虽然这个传输过程并没有人们想的那么复杂和困难,但是仍然谈不上容易。我们都知道无线电信号的强度会随着传输距离而不断的衰减,所以当旅行者一号的信号传输到地球被接收到时,强度只有最开始的一百万亿亿分之一左右,差不多是10ˇ-22瓦。

不仅仅是信号强度衰减得厉害,传输的速度也是极慢的,最快时大约只有1.4kb/s的传输速度, 这速度要是在手机或者电脑上,网页可能都打不开。


为了侦测并且接收到如此微小的信号,NASA在上个世纪就建立了“深空网络”(Deep Space Network,简称DSN)。

这个网络由三处呈120度分布的深空通信设施构成,一处在澳大利亚堪培拉、一处在西班牙马德里、一处在美国加州。

不仅如此,NASA还采用了三种措施来增加接收和传输信号的成功率:

一、使用高增益的天线,使得无线电信号不分散只集中在某一个特定的方向上,以增大传输的距离。

这里不得不提一下,“旅行者一号”身上所携带的高增益天线直径达到了3.7米,而地球上“深空网络”最开始所使用的天线直径大约在70米左右,后来因为使用年限过久,所以在2010年的时候NASA将70米直径的天线换成了34米的。这些新使用的天线能够将接收到的无线电信号放大上亿倍。

二、为了防止其他频段的干扰,旅行者一号所使用的通讯频率高达8GHz,信噪比非常的高。

三、光把信号聚集起来,如果没有办法准确的将聚集起来的信号对准地球发射也没有用,所以科学家们在旅行者一号上装配了高精度的陀螺仪,以确保增益天线对准地球,提高传输效率和完整性。


事实上,虽然科学家为了减少信号损耗使出了浑身解数,但是因为距离太过遥远,并且宇宙中到处都是辐射,所以无线电信号的强度依然是受到了很大的影响。

因此,为了提高传输信息的正确率和完整性,科学家们让旅行者一号在传输数据的时候使用大量的纠错码。而有得必有失,使用纠错码确实能大幅度提高信息传输的完整性和正确率,但是传输速度却因此受到了极大的影响,导致只有不到1kb/s。

迄今为止,旅行者一号身上所携带的发电机已经大大超过了使用期限,经过对剩余电量的估算科学家们认为,旅行者一号携带的科学仪器应该能工作到2025年,而与地球的通信至少能到2036年。

也就是说,2036年之后旅行者一号将彻底与地球失去联络,届时它会承载着人类的梦想飞向宇宙的更深处,在宇宙中留下人类文明存在过的记号。

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