200亿公里！旅行者2号持续43年未断信，它是如何与地球联系的？

在距离地球约200亿公里的星际空间，美国宇航局的航海者二号探测器已经工作了43年，是第二个离开日光层的人造物体（第一个是“航海者号”1').在过去的几十年里，航海者二号一直保持着联系，直到去年1月发生故障，地面上唯一的收发站需要升级天线，才断线8个月。

相信很多人看到这里都会对“航海者二号”赞叹不已，但也许有些人心里会有这样的疑问：航海者二号距离地球大约有200亿公里，而且那里没有网络，怎么办？它与地球相连吗？飞行了几十年，是什么力量能坚持这么久？

43年未坏的“航海者2号”！

大家试想一下，我们用过的寿命最长的电子产品是什么？有的人可能认为自己用了5年的手机，10年的电视，20年的冰箱。但是很少有人的家电可以使用超过40年而完全不用维护的吧？然而，航海者二号自1977年发射以来，已经在浩瀚的太空中独自运行了43年多，相信很多同学在它离开地球的时候应该还没有出生。与近几年推出的探测器相比，航海者二号可以说是“老古董”了。

根据NASA数据，航海者二号原本设计寿命为12年，但为什么40多年后还在运行？是不是被外星人绑架了？其实答案很简单。美国在航天科技方面的实力，实在是让人叹为观止。

第一，核电。航海者一号和航海者二号探测器由三个放射性同位素（钚）热电马达提供动力。简单的说就是核电池，基本上可以用几十年。事实上，探测器上的热电机已经大大超过了它们最初的设计寿命。乐观地说，航海者2号将持续到2025年。即使2025年后不太可能收集科学数据，将现有数据传回地球也需要数年时间。

其次，航海者二号的发射赶上了机遇。20世纪70年代，美国宇航局先后发射了多颗探测器，都瞄准了一颗特定的行星。但航海者二号不同。它的目标是造访太阳系外的气态行星——木星、土星、天王星和海王星。

要想顺利完成“四星任务”，就必须要依靠这四颗行星的特殊布置，让航海者二号每到访一颗行星都能利用行星的引力。“引力弹弓效应”拉力（即重力助推）帮助探测器以最省油的方式飞向下一个行星。而这样特殊的四星对位机会，每隔176年才会出现一次。

最后是一连串的省电操作。探测器上的核电池每年减少4瓦。由于功率的不断降低，地面指挥中心的工程师们也逐年停止了探测器上的一些功能，比如停止陀螺仪的运行，关闭科学仪器等等。2020年1月25日，航海者2号因无法自行纠正回绕轴旋转而失败，触发了“故障安全软件程序”。结果是两个系统都以相对较高的功率运行，超过了可用能源供应。

航海者二号是如何向地球发送信息的？

NASA在设计航海者号兄弟时，为了保持与地球的联系，航海者号探测器都有一个直径3.7米，类似大锅的接收器，叫做高增益天线。就像我们的“中国天眼”一样，都是一个大锅的形状。这种设计是将信号集中在一个点上，以便于接收。同时，探测器还搭载了精密的陀螺仪，帮助其天线始终指向地球。

话虽如此，如果要接收地球上数百亿公里的探测器传回的数据，就不得不提美国宇航局的深空网络（DSN）。

美国宇航局深空网络的前身成立于1958年1月，美国陆军主管的喷气推进实验室（JPL）在尼日利亚、新加坡和加利福尼亚部署了便携式无线电跟踪站。NASA成立后，交由NASA管理，并于1960年代发展为深空网。

目前，深空网络由三个天线站组成，分别位于美国大陆的戈德斯通、澳大利亚的堪培拉和西班牙的马德里。每个天线站都由一系列天线阵列组成，每个天线的直径可达70米。简单来说，就是太阳系的“WiFi”。

之所以在世界各地布置3个天线站，是因为你聪明到以为地球会自转。这三个天线站之间的经度距离约为120度。这样不管地球怎么转，探测器至少都会在三个天线站的视野范围内。据说日本的隼鸟二号探测器能够从“龙宫”小行星上成功采样回来，深空网起了不小的作用。

但是，信号在传输过程中会随着距离的增加而衰减。例如，航海者二号正在穿越距离地球约185亿公里的星际空间，这意味着地球上的任何通信都需要17个小时才能到达航海者二号，而传回地球还需要17个小时.因此，航海者二号采用极慢的通信速率，一次发送一个字节，因此将一张1MB的照片传回需要将近半个月的时间。再者，探测器上的发射器和数字调制系统都是老古董，想想也不会很快。慢一点总比一堆乱码好。

他们会去哪里？

其实，当深空探测器的能量耗尽，与地球失去联系时，并不代表它们的旅程就此结束。在惯性的作用下，它们会继续朝着最终轨道的方向飞行。1970年代，美国除了发射航海者号探测器外，还发射了先驱者10号和11号，这两款探测器已经失传多年，但有科学家推测它们应该已经离开了太阳系。

为了估计探测器的下一个目的地在哪里，到达另一个星系需要多长时间？NASA天文学家将探测器的最终轨道与欧空局盖亚卫星（Gaia）结合起来，先驱者10号将率先通过其他恒星系统，并在9万年内通过仙后座的HIP117795系统；旅行时欧特一号正朝着太阳系周围的奥尔特云（OortCloud）前进，估计需要17700年才能冲出奥尔特云。

那么无论是被某颗恒星的引力牵引，还是被其他天体碰撞，概率都很低。反正如果不出意外，他们也没有目的地，一直飞向星空深处。

最后要说的是，不仅阿雷西博向宇宙发送了人类的信息，航海者二号还带来了一段全球语言的《你好》录音，几张唱片和唱机。虽然在浩瀚宇宙中被“人”意外捡到的几率很低，但某种程度上，这也象征着人类在向宇宙“呐喊”。至于宇宙是不是“黑暗森林”，谁知道呢？