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信号强度只有最初的63万亿亿分之一!旅行者1号怎样保持通信?

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  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。

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