| |
|
|
|
| 知识库 -> 工程技术知识 -> 旅行者1号已经飞到了太阳系边缘，它为何还能与地球通讯？ -> 正文阅读 |
|
|
[工程技术知识]旅行者1号已经飞到了太阳系边缘，它为何还能与地球通讯？ |
| [收藏本文] 【下载本文】 |
|
旅行者1号已经飞到了太阳系边缘，它为何还能与地球通讯？ 关注问题?写回答 [img_log] [img_log] 旅行者号 太阳系 旅行者1号已经飞到了太阳系边缘，它为何还能与地球通讯？ |
|
想象一下，有一台制造于1977年的老机器，它的运算速度只有你智能手机的几百万分之一，内存还没你的车钥匙大，存储数据用的是早就被淘汰的八轨磁带，按照现代电子产品的寿命标准，它早该在垃圾堆里氧化了。 |
|
|
然而就是这样一台看似早已过时的“博物馆级”老古董，此刻正孤独地飞行在距离地球230亿公里之外的星际深空。它是旅行者1号。 现在它发出的每一个信号，都要以光速飞行近22.5个小时才能被我们收到，它的机体时刻经受着宇宙射线的轰击和接近绝对零度的极寒，但令人震惊的是，这台48岁的机器依然在工作，依然在向地球传回关于星际空间的一手数据。 |
|
|
这一切的奇迹，都源于1977年那群工程师在图纸上埋下的三个超前设计，这些设计让原本计划只有5年寿命的探测器，硬生生熬到了48岁，甚至还要继续战斗下去，今天我们就来拆解这个工程学奇迹，看看它是如何用过时的技术打败时间的。 |
|
|
1977年，NASA面临着一个千载难逢的时刻，阳系的四大气态巨行星，木星、土星、天王星和海王星，即将运行到一个罕见的几何排列位置，这种排列176年才出现一次。 这个窗口期意味着，探测器可以利用“引力弹弓”效应，像跳房子一样从一颗行星飞向另一颗，极大地节省燃料和时间，但机会稍纵即逝，在预算受限、工期紧张的背景下，工程师们却做了一个极其“叛逆”且昂贵的决定：抛弃太阳能电池板，装上放射性同位素热电发生器。 |
|
|
工程师们心里清楚，虽然任务名义上只去木星和土星，但只要飞船不坏，它最终会飞向太阳系边缘，那里的阳光微弱得像远处的一只萤火虫，太阳能板将彻底废掉，他们必须给旅行者号装上一颗“核能心脏”。 这颗心脏利用钚-238衰变产生的热量转化为电力，在1977年起飞时，它能产生470瓦的热功率和157瓦的电力，差不多只够驱动一个大灯泡或一台老式笔记本，你可能会觉得这点电微不足道，但关键在于钚-238的半衰期长达87.7年。 |
|
|
这意味着即使过了40多年，这颗心脏虽然衰弱，但依然在跳动，依然能提供足以维持核心仪器运转的能量，直到今天，旅行者号就是靠着这颗“核电池”的余温，在寒冷的星际介质中维持着生命体征，工程师们表面上签的是5年的合同，实际上却为它准备了半个世纪的口粮。 |
|
|
在旅行者号上，几乎所有关键系统都有双份，甚至三份，它携带了11个科学仪器，大部分都有备用电路，16个推进器中，有8个是完全的备胎，在那个算力金贵的年代，这种设计被很多人质疑是浪费预算、增加重量。 但历史证明，这才是真正的远见。 |
|
|
最惊心动魄的一幕发生在2017年，在太空中飞行了40年后，它用于调整姿态的主推进器因为长期使用，性能开始退化，对于一艘飞船来说，失去姿态控制就等于死亡，因为它的天线一旦偏离地球，信号就会彻底中断。 |
|
|
此时飞船远在200多亿公里外，派维修队是不可能的，绝望中，NASA工程师想起了那个尘封了40年的“B计划”，那一组专门用于轨道修正、自1980年飞越土星后就再没用过的备用推进器，这是一场豪赌，这些推进器在太空中闲置了37年，冷冻了37年，没有任何人知道它们是否还能点火。 |
|
|
指令发出后，是漫长的19个多小时的等待，当信号终于传回地球时，控制室沸腾了：备用推进器完美点火，每一次喷射都像刚出厂一样精准，这是因为当年的工程师在设计推进器时，选用了最耐腐蚀的材料，使用了最严苛的密封工艺，甚至预留了远超需求的燃料余量，他们假设了最坏的情况，才换来了40年后的一次重生。 |
|
|
除了动力，旅行者号最让现代人汗颜的，是它的“大脑”和“记忆”，在230亿公里外，信号微弱得如同在太平洋彼岸点燃一根火柴，为了让地球听到它的声音，旅行者号的高增益天线必须像狙击手一样，死死瞄准地球，误差不能超过零点几度。 |
|
|
为此，工程师设计了一套极其精密的姿态控制系统，它利用太阳传感器和恒星跟踪器，让飞船时刻知道自己在宇宙中的坐标，更关键的是，这套系统具备自主决策能力。 由于通信延迟长达一整天，如果飞船遇到突发故障，等地球的指令传过去，飞船早就在翻滚中失联了，因此旅行者号被赋予了在当时极具科幻色彩的“自动容错逻辑”，一旦它发现自己找不到太阳或老人星，它会自动进入保护模式，尝试重新捕获信号，而不是傻傻地等待指令，正是这种“将在外，君命有所不受”的自主性，让它在几十年的孤独旅程中从未走丢。 |
|
|
现在的我们习惯了TB级的固态硬盘，但你可能不知道，现代SSD在宇宙射线的高能粒子轰击下，可能几年就会报废。而旅行者号上的磁带记录器，虽然只有几十兆的容量，虽然是机械结构，但它抗辐射、耐低温。 |
|
|
这台“老式录音机”在太空中转了40多年，记录了木星的红斑、土星的光环，直到今天依然完好，有时候，最原始的技术，反而最能经受岁月的洗礼。 2018年为了节省电力，工程师被迫关闭了旅行者号宇宙射线子系统的加热器，那一瞬间，仪器温度骤降70摄氏度，远低于设计红线，所有人都以为这个仪器必死无疑，结果它居然毫发无损，继续传回数据。 |
|
|
这时候人们才意识到，当年那些工程师的设计标准，不是为了“够用”，而是为了“不朽”，他们用的元器件是航天级的，能承受剧烈温差变化，这种在当时被视为“过度设计”和“资源浪费”的投入，最终让旅行者号超越了时间的束缚。 |
|
|
如今旅行者1号依然在黑暗中前行，它的电池终将耗尽，大约在2030年代的某一天，它会发出最后一声微弱的低语，然后陷入永恒的沉默，但由于没有空气阻力，它将带着那张镀金唱片，作为人类文明的无声使者，继续在银河系中流浪亿万年。 送礼物 |
|
|
1 人已送礼物 |
|
泻药，前阵子刚给客户定制了一批“金唱片”，也就是旅行者一号里携带的唱片，也借此了解了一些关于旅行者一号的故事。今天这个话题，我就用通俗易懂，我自己理解后的方式讲讲。不一定多专业，但一定会让你明白。 为什么飞那么远，还能与地球通信，核心我认为，在于三点：手电筒、顺风耳、小步跑。 手电筒：旅行者一号携带的天线，是高增益天线，而且它的角度，一直是对着地球的。发射的功率也不过是23瓦，这是一个什么概念呢，也就比我们小时候那种钨丝灯泡亮了一点点。但它却做到了把这点微弱的能量全部聚集在一起，不像电灯泡那样四处发光，到时更像手电筒的一束光。全部能量都用来想地球发射，避免了很多能量的浪费。 顺风耳：嗯~光有手电筒还不行，地球上还得有个“顺风耳”，极远的地方，也能“听”到旅行者一号在说啥。这就是NASA的深孔网络。分布在全球三大巨大的雷达站群，分别在美国、西班牙和澳大利亚。能够保证到地球自转时，总会有一个是对着旅行者一号的。能在宇宙背景的噪音里精准的捕捉到“手电筒”传回来的任何微弱信号。 小步跑：距离确实太远了，已经飞到了太阳系的边缘，信号发出到地球，已经衰减的很弱很弱了。比一粒沙子落到地面上的能量好笑了无数个数量级。所以，传送的速度不能太快了，不然都是宇宙噪音。根本读不懂任何信息。所以，旅行者一号能做的就是极慢的传输速度。甚至比80念叨拨号上网的速度还要慢。就这么慢慢滴、反复滴说给地球停。接收到信号好，在通过编码和纠错，最终才能拼凑出有用的信息。 这不是多么高深的科技，而是用最笨拙的办法，孩子啊与旅行者一号在联系。每一次成功的收到消息，都是人类文明再向深空迈进的一大步。如果有一天，真的被地外文明发现，那么金唱片里深藏的秘密，或许就可以开枝散叶，人类的文明或许能够真正延续到其他星系。 |
|
别的我都不想说 我只想说一句美国航天，牛逼！！！ 美国在太空方面是全人类的先驱 全人类对太空的了解可以说几乎都源于美国的巨大贡献，这是全人类的财富 美国是截至目前全世界唯一一个拜访过太阳系所有行星的国家 太阳——帕克号探测器，人类制造的最快物体 水星——信使号探测器，是截至目前人类第一个环绕水星的探测器也是唯一一个 金星——水手号，先锋号，麦哲伦号首个用雷达绘制金星完整表面的探测器 火星——勇气号，机遇号，第一个长时间移动探测火星的探测器 木星——朱诺号，伽利略号人类首个专门环绕木星运行的探测器 土星——卡西尼号人类首个专门环绕土星运行的探测器 天王星，海王星——旅行者2号，这个神中神懂的都懂 冥王星——2006年3月美国发射了第九颗行星的探测器新视野号，可惜到了2006年8月，冥王星被降级为矮行星。 以及哈勃太空望远镜所拍摄的多个深空照片 几乎你能看到的所有宇宙的照片都是美国拍的 伟大无需多言 麻烦监狱特邀评论员别来赢了 |
|
哪里用说那么复杂，又不是科学报告。 为什么还能与地球通讯？ 因为 1 它还在工作，没有坏。设计和生产它的时候就是什么方法可靠，什么材料可靠用什么的。 2 因为无线电波这个距离还没有衰减到和宇宙背景杂音一样微弱。 |
|
旅行者1号目前距离地球约230亿公里，相当于地球到太阳距离的150多倍，却仍能和地球保持通信，这背后是一套精准设计的通信系统，核心就是“选对通道、集中信号、纠错补漏、地面接力”。 |
|
|
首先是通信频段的选择。旅行者1号用了两个“通信通道”——S波段和X波段，后来主要用X波段。这两个频段就像两条干扰少、能传得远的“太空公路”，比短波、微波等频段更适合深空通信。因为距离越远，信号越容易被宇宙噪声干扰，而X波段的信号衰减慢、抗干扰能力强，还能传输足够的科学数据，完美适配星际通信的需求。 |
|
|
再看探测器端的信号发射与编码。旅行者1号的“信号发射器”是一个直径3.7米的碟形天线，就像一个超大功率的手电筒，能把信号集中向地球方向发射，避免能量分散。它的发射功率只有23瓦，和家里的节能灯差不多，这是因为探测器靠核电池供电，能源有限。为了让微弱的信号能准确传递信息，探测器会先把科学数据（如宇宙射线、行星磁场数据）和自身状态数据，转换成0和1的数字信号，再加上一层“纠错补丁”——特殊的编码方式。这样就算信号在传输中丢失一些“0”或“1”，地面也能根据补丁补回来，保证信息准确。 |
|
|
地面端的接收与发射是通信成功的关键。美国国家航空航天局（NASA）建立了深空网络（DSN），由三个地面站组成，分别位于美国、西班牙和澳大利亚。这三个站均匀分布在地球上，不管地球怎么自转，总有一个站能对准旅行者1号，不会断联。每个站都有直径70米的超大碟形天线，就像超级“耳朵”，能捕捉到极其微弱的信号。旅行者1号的信号传到地球时，强度已经减弱到原来的万亿亿分之一，比手机信号弱无数倍，但这些大天线搭配高灵敏度的接收设备，就能把信号“捡”回来。地面站也会向旅行者1号发射指令，比如调整姿态、切换仪器模式，指令同样通过X波段发送，地面发射功率高达数百万瓦，确保指令能跨越百亿公里到达探测器。 当然，这套通信系统也面临巨大挑战。信号往返一次需要约50小时，无法实时控制，只能提前发送指令；信号衰减极其严重，全靠定向天线和纠错编码弥补。但正是这套简单却精准的设计，让旅行者1号在太阳系边缘，持续为人类传递着星际的信息，成为人类深空通信技术的典范。未来深空通信将以激光通信为核心提升传输速率，借助AI实现自适应通信优化，同时构建中继卫星网络，搭配新型能源与相控阵天线，突破现有技术瓶颈。 |
|
|
| [收藏本文] 【下载本文】 |
| 工程技术知识 最新文章 |
| 缺乏地理常识，是种怎样的体验？ |
| 如何评价大熊猫的颜值？ |
| 明明人类统治地球都几百万年了，为什么百兽 |
| 在我国开始大规模建设高铁之前的讨论中，「 |
| 为什么现在央视不报道二氧化碳合成淀粉了? |
| 为什么大家都不提中国空间站了？ |
| 世界最“伟大”的水果是什么？ |
| 如果全球都降到零下50-100度，在提前一个月 |
| 有没有动物一直近亲繁殖而没有灭绝的？ |
| 高铁的作用被高估了吗？ |
| 上一篇文章 下一篇文章 查看所有文章 |
|
|
|
|
娱乐生活:
电影票房
娱乐圈
娱乐
弱智
火研
中华城市
印度
仙家
六爻
佛门
风水
古钱币交流专用
钓鱼
双色球
航空母舰
网球
乒乓球
中国女排
足球
nba
中超
跑步
象棋
体操
戒色
上海男科
80后
足球: 曼城 利物浦队 托特纳姆热刺 皇家马德里 尤文图斯 罗马 拉齐奥 米兰 里昂 巴黎圣日尔曼 曼联 |
| 网站联系: qq:121756557 email:121756557@qq.com 知识库 |