信号只有最初的63万亿亿分之一,旅行者1号如何保持通信?

郝郝坚决
2020-09-16
分类: 信息技术
标签: 通信
慎重又清亮的彩霞l
2020-09-16


自1977年发射升空以来,旅行者1号已经离开地球,独自在太空中飞行了长达42年的时间。尽管这艘无人探测器目前远在219亿公里之外,它与地球的距离相当于日地距离的146倍,但它的飞行轨迹还在受到地球的监控。那么,美国宇航局(NASA)是如何监测并控制旅行者1号的呢?

旅行者1号相继造访了太阳系中两颗最大的行星——木星和土星,并顺便借助这两颗气态巨行星的引力弹弓效应进行加速。在结束了行星探测任务之后,旅行者1号在海王星轨道之外拍摄了太阳系全家福,其中包括旅行者1号所来的星球——地球。此后,达到太阳系逃逸速度的旅行者1号,真正踏上了飞向星际空间之旅。


NASA知道旅行者1号此行路途遥远,通信将会变得十分困难,所以NASA早有准备。旅行者1号背着一个直径达到3.7米的“大锅”,那是一个高增益抛物面天线,用于无线电信号的接收与发送。同时,旅行者1号还配备精度非常高的陀螺仪,使得天线能够对准地球。

在地球上,NASA在世界的三个地方部署了深空网络,其控制中心被称为“暗室(Dark Room)”。在“暗室”中,地面天线能够与旅行者1号进行沟通,接收它在太空深处传回来的极其微弱的信号。


为了保障通信顺畅,通信下行频率通常为2.3 GHz,甚至高达8.4 GHz。同时,它也能给旅行者1号上传指令,通信上行频率在2.1 GHz。在这种超高频下,通信噪音小,信噪比高。

旅行者1号信号发射机的功率仅略高于20 W,根据平方反比定律,旅行者1号发出的无线电波抵达地球时,辐射照度仅为4.17×10^-26 W/m^2。深空网络单个天线的最大直径为70米,所以最大单个天线所接收到的信号功率只有1.6×10^-22 W。也就是说,当地球上的天线接收到旅行者1号的无线电信号时,其强度只有最初发射时的63万亿亿分之一。


由于距离极为遥远,即便旅行者1号发出的无线电信号以光速传播,也要大约20小时才能抵达地球。但只要旅行者1号还有电力,这种微弱的通信就不会中断。据估计,旅行者1号携带的核动能可以让设备一直工作到2025年。在那之后,彻底失联的旅行者1号将会永远在星际空间中漫游下去。


多维达人
2020-11-14

依靠地面上强大的天线矩阵。旅行者1号的信号极其微弱,所以地球上建立了庞大的雷达天线矩阵接收来自深空的微弱无线电信号放大使用。
科学知识万能侠
2020-11-13

可以通过中继器的放大功能将信号进行放大,但是离得太远的话也会出现收不到的情况。
偶独傻笑
2020-10-15

旅行者1号访问了太阳系中最大的两个行星-木星和土星,并受到这两个气体巨行星的引力弹弓效应的加速。行星探索任务结束后,旅行者1号拍摄了海王星轨道外太阳系的全家福,包括旅行者1号来自地球的行星。此后,达到太阳系逃逸速度的旅行者1号真正踏上了前往星际空间的旅程。
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