距离地球超过240亿公里，旅行者一号和二号，为啥还能保持联系？

此刻旅行者一号正呼啸着穿越虚空，它距离地球超过240亿公里，信号发射器功率还不如你冰箱里的灯泡，可我们依然能接收到它的讯息。

在这个连手机信号都偶尔丢失的时代，NASA却能从240亿公里外接收实时数据，甚至还能往回发送软件更新，这到底是怎么做到的？

接下来就让我们一同飞越太阳系，看看 NASA 究竟如何与数十亿公里外的航天器通信。

故事开始于1964年，喷气推进实验室的一名学生在计算中发现了一个绝妙的规律：一次每 176 年才会出现的行星排列，木星、土星、天王星、海王星会完美排成一线，让单艘航天器可以借助引力弹弓效应依次飞越四颗行星，原本需要 30 年的旅程，只需要 12 年就能完成。

NASA 原本计划发射四艘航天器，执行这项名为 “旅行者” 的任务，但登月计划结束后，航天飞机项目大幅削减预算，最终只获批了两艘，也就是旅行者一号和二号。

每艘探测器都搭载了一张黄金唱片，收录了代表全人类的图像、声音与问候，但它的核心任务是飞往木星和土星，造两艘是为了冗余备份：万一其中一艘失效，另一艘依然能传回木星和土星的数据。

旅行者 2 号其实在 1977 年 8 月率先发射，走的是较慢的轨道，计划造访全部四颗行星，旅行者 1 号紧随其后，走更快的路径，先一步抵达木星和土星。

两艘探测器联手，传回了首批外行星的特写照片，拍到了木星卫星木卫一上正在喷发的活火山，完成了人类首次、也是唯一一次天王星与海王星的探访，还拍下了著名的 “暗淡蓝点”。

每艘旅行者号都搭载了一面 3.7 米的碟形天线，看起来确实很大，但天线背后的发射器，功率和你冰箱里的灯泡差不多，它只有这点能量，拼尽全力向 240 亿公里外发出信号，只盼着有人能听见。

在地球上，NASA 建造了三座全球最大的射电天线，组成了深空网络，这套网络由三个测控站组成，分布在全球各地：一个在美国加州的沙漠里，一个在西班牙马德里郊外，还有一个在澳大利亚堪培拉附近。

它们在地球上大致均匀分布，相隔约 120 度，这样一来，哪怕地球在自转，旅行者号也总能有一面天线和它保持通信，这些天线的性能强得惊人，接收器被冷却在液氮里，在这种灵敏度下，哪怕是电子元件自身的微弱热量，都会盖过旅行者号的微弱信号。

旅行者号距离我们约240亿公里，必须靠深空网络这些大口径天线的全部收集能力，才能接收到探测器传回的极其微弱的信号，当旅行者号的信号最终抵达地球时，功率还不到 1 阿瓦，也就是 1 瓦的十亿分之一的十亿分之一，比电子表电池的功率还要弱 200 亿倍。

那些 70 米口径的巨型抛物面天线，把所有打到表面的无线电波汇聚到一个极其灵敏的接收器上。即便如此，也才勉强能建立连接。

而难度还不止于此，由于旅行者号的飞行速度极快，信号会产生多普勒频移，团队必须实时补偿这种频移，才能解调出旅行者号传回的信息，单程光时是 23.5 小时，传回来也要 23.5 小时，所以我周一早上到办公室给航天器发一条指令，要到周三早上才能看到指令生效的结果。

这就是我们 “收听” 的方式，那我们又是怎么 “回话” 的呢？

那些用来接收信号的 70 米天线，同样也能发射信号，我们发给旅行者号的信号功率，比收到的微弱回波要强 1000 多倍。

旅行者号全部 6 台计算机加起来，也只有 68KB 的内存，还不如一把车钥匙。你手机处理能力是它的 200 万倍，可即便如此，近 50 年来 NASA 的工程师一直在给这些探测器发送软件更新，从数十亿公里外修复故障、解决硬件损坏。

每艘旅行者号都靠三台放射性同位素热电发生器供电，也就是靠钚衰变供能的小型核电池，刚发射时，每艘旅行者号有 470 瓦功率，但钚每年都会衰减一点，如今它们只剩约 210 瓦，最初的 11 台仪器也只剩 3 台还在运行。

每年团队都得关掉一台仪器来节省电力，他们要亲手从这艘永远不会回家的探测器上，一件件停用传感器，其中这台长长的仪器叫磁强计，正是它确认了旅行者号进入星际空间的时刻，它探测到了磁场的变化，证明探测器已经完全脱离了太阳风的影响范围。

2022 年，旅行者 1 号开始传回乱码，负责保持天线对准地球的系统，发回来的像是随机生成的数据，没人找得到原因，后来才发现，旅行者号把数据导去了一台早已失效的计算机里，那台坏机器在数据抵达发射器前就把内容全搅乱了，让它切回正确的计算机后，问题就解决了。

2023 年，旅行者 2 号 “失聪” 了两周，它收不到我们的任何指令，天线也似乎偏移了，不再对准地球，更麻烦的是，旅行者 2 号是向南飞出太阳系的，这意味着只有澳大利亚的深空网站点能联系上它。

沉默了两周后，我们收到了一丝微弱的信号，一声来自深空的 “心跳”，第二天，他们执行了 “星际呐喊” 操作：把发射功率拉到 250%，向太阳系另一端喊出了一条指令：把天线重新对准地球。

做这期视频的时候我一直在想，如果今天造一艘全新的旅行者号会是什么样，船上的计算机显然会强上几百万倍；不用再靠冰箱灯泡功率的发射器，我们可以用激光通信。

现代版旅行者号不用每次出故障都等地球团队来救，它可以自主思考，自行诊断问题，调整轨道，据估算，如今执行一次旅行者级别的任务，科学回报能达到当年旅行者号的 1000 倍左右，太阳帆技术能把探测器速度推到旅行者号的 4 倍，用十年左右就能追上两艘先行者，然后飞向邻近的恒星系统，甚至可能是有类地行星的恒星系。

当年促成 “旅行者计划” 的行星排列，要到 21 世纪 50 年代才会再次出现，但我觉得，我们不用等行星排成一线，也能向宇宙更深处进发。

顺着这个话题，如果今天造一艘新的，你个人最想在上面放些什么？

但这些都是未来的事情了。

此刻两艘 70 年代建造的探测器依然在远方飞行，这些优美的航天器设计寿命只有 5 年，却坚持了近 50 年，这不是运气，是工程的奇迹。

用不了多久它们的电力就会耗尽，最后一台仪器也会熄灭，信号会彻底消失，NASA希望能撑到 50 周年纪念，或许再久一点，撑到 2028 年，甚至 2030 年，但也撑不了太久了，最多也就五年左右，要么电力耗尽，要么某个部件彻底坏掉。

可就算我们失去了信号，它们也不会停下，它们会继续飞行，两台小小的机器，载着我们的声音、图像、问候，以每秒 17 公里的速度在星际空间中漂流，在我们失去联系之后，在最后一台仪器关闭之后，旅行者号依然会在那里，载着这颗星球上所有曾活过的人的故事，继续前行。