Question

旅行者1号是如何与人类保持联系的？

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Answer 1

旅行者1号已经飞行了43年，由于距离遥远，目前没有技术能够监视它的飞行画面，只能通过无线电波与它保持联系。人类与它最后一次互动，是在2017年11月28日，工程师下达指令，修正了它的航线。

关于旅行者1号

旅行者1号是美国宇航局于1977年发射的外太阳系探测器，目前已经朝着深空连续飞行了43年。旅行者1号还有一个兄弟叫做旅行者2号，也是在1977年升空的。旅行者1号利用引力弹弓效应成功加速至第三宇宙速度（16.3千米每秒），比旅行者2号快10%，成为人类历史上飞行速度最快的探测器之一，。它于2014年穿越了太阳风层顶，成功飞出了太阳系，但还在太阳引力的控制范围之内。即使这样，它仍然是人类有史以来飞得最远的探测器。

旅行者1号利用钚的放射性能量来发电，简单来说就是核电池，可以用好几十年。不过，据科学家估计，旅行者1号的电力将在2020年消耗殆尽。乐观估计，还能坚持到2025年。旅行者1号在这漫长的旅途中，为人类传回了大量的科研数据。还携带了一枚镀金铝质碟片，充当地球人的信使。

如下图所示，为了节约宝贵的能源，旅行者1号进行了一系列省电操作。正是工程师的这些操作，使得旅行者1号在发射升空40年后仍然能够与地球保持联系。

为了能够与地球保持联系，旅行者1号在设计之初，就建造了一个口径3.7米的大锅，那口大锅就是接收和发送信号的高增益天线。并且携带了精度非常高的陀螺仪，可以用来修正天线的方向，即使在非常遥远的距离也能对准地球。

上图为旅行者1号的主要结构概况。

NASA的深空网络

截至2019年10月，旅行者1号距离太阳大约211亿公里。光在真空中每秒大约传播30万千米，无线电波也是这个速度。光从太阳表面到达地球大约需要8分钟，而人类与旅行者1号的距离已经十分遥远，目前信号往返一次大约需要40多个小时。这种由于空间距离遥远而产生的延迟，目前是无法解决的。

旅行者1号的信号功率有限，仅有20瓦，随着距离变得越来越远，地球上能够接收到的信号也越来越弱。好在，美国宇航局（NASA）从上世纪60年代就建造了一个极其强大的信号接收系统，叫做深空网络，主要用于星际通信。该信号接收系统隶属于美国宇航局所属的喷气推进实验室。

深空网络(DSN)是一个支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络，它是世界上最大和最敏感的通信系统，由一系列天线阵列组成，单个天线的直径可达70米，比在地面接收卫星电视信号的室外天线（卫星锅）大的多。

目前，深空网络由三处呈120度分布的通信设施组成，分别位于美国加州、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉，这种安排可以避开地球自转的影响。

极慢的通信速率

因为距离太遥远，地球上发出的信号要经过20个小时才能被旅行者1号接收到，旅行者1号收到信号后，回复也要经过20个小时才能被地球上的人接收到。即使到现在，也没有任何技术可以改善这个问题。

信号在传输的过程中会发生衰减，传输距离越远，衰减越厉害，因此旅行者1号采用了2.3GHz～8.4GHz的高频信号与人类通信，深空网络使用的则是2.1GHz信号。旅行者1号采用的是模拟信号，相比于数字信号，信号在传输过程中还会受到很大干扰。为了保证数据传输的准确性，旅行者1号使用了大量纠错技术。

因此，旅行者1号每秒钟只能传输几个字节的有效数据，一张1MB（1024千字节）的照片就需要传输近半个月时间。旅行者1号携带了一个64KB的磁带存储器，当数据无法及时传回地球时，就会将数据记录下来。总体上来说，旅行者1号的数据传输速率极慢。

结语

在2017年人类最后一次与旅行者1号互动后，目前人类与旅行者1号基本上处于半失联状态，很久才能收到旅行者1号发来的信息，在2025年后就彻底失去联系了。之后，旅行者1号将孤独地向银河系中心飞去，成为宇宙中的漂流瓶。以当前的速度，旅行者1号到达距离地球最近的恒星系统，就需要4万多年的时间。

我国如果要发射这样的探测器，也需要这样一个深空通信系统。即使到了现在，星际通信的数据传输速率依旧较慢，普通人用这么慢的速率上网会抓狂的。

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Answer 2

旅行者1号是通过无线电与人类保持联系的，通过特定频率的电磁波与地球通信。然而由于旅行者1号已经冲出太阳系，所以与它进行无线电联系也十分的困难。

Answer 3

旅行者号其实是通过电磁波将信息传回给地球的，这是人类已有的一种技术，通过电磁波分析信息，所以能够和人类保持联系。

Answer 4

旅行者1号的天线总是朝着地球的方向，发射和接收特定频率的电磁波与地球通信。

Answer 5

旅行者一号拥有非常大功率的电波信号，对于信号的传送具有高效的特点