距離地球242億公里，旅行者1號飛了46年，為什么還能和地球通訊？

旅行者1號（Voyager 1）是迄今為止飛得最遠(yuǎn)的探測器，該探測器于1977年9月5日發(fā)射升空，在接下來的時間里，它連續(xù)利用了木星、土星等巨行星的引力助推，進(jìn)而獲得了足以擺脫太陽引力束縛的速度，在此之后，它就一直在向宇宙深空前進(jìn)，如果不出意外的話，在遙遠(yuǎn)的未來，它就可以飛出太陽系。

就目前的情況來看，旅行者1號已經(jīng)飛了46年的時間，它當(dāng)前的位置距離地球大約242億公里，這大概相當(dāng)于日地平均距離的162倍，對于我們?nèi)祟悂碇v，這樣的距離可以說是非常遙遠(yuǎn)了。令人驚訝的是，這個探測器仍然與地球保持著聯(lián)系，那么問題就來了，在這么遠(yuǎn)的位置上，它為什么還能和地球通訊呢？

是使用了什么“黑科技”嗎？其實并不是。實際上，旅行者1號使用的其實就是常見的無線電通訊技術(shù)，它的通訊系統(tǒng)包括調(diào)制解調(diào)器、編碼器、解碼器、數(shù)據(jù)處理器以及發(fā)射、接收裝置，為了盡量增加有效通訊距離以及保證無線電信號傳輸?shù)某晒β剩鋫湟粋€直徑高達(dá)3.7米的高增益天線，并使用了無線電干擾很小的8GHz發(fā)射頻段。

旅行者1號的導(dǎo)航系統(tǒng)主要由慣性測量單元（IMU）、恒星追蹤器（star sensor）和飛行數(shù)據(jù)子系統(tǒng)（FDS）組成。

其中慣性測量單元配有高精度的陀螺儀和加速度計，可以實時感知旅行者1號的姿態(tài)和加速度，恒星追蹤器可以通過觀測一些位置和亮度相對固定的恒星，進(jìn)而確定旅行者1號的方向，飛行數(shù)據(jù)子系統(tǒng)則可以根據(jù)前兩者的數(shù)據(jù)來控制旅行者1號的姿態(tài)，進(jìn)而保證高增益天線在與地球通訊時一直對準(zhǔn)地球。

盡管旅行者1號采用了當(dāng)時最先進(jìn)的無線電通訊設(shè)備，但它發(fā)射的無線電信號的強(qiáng)度卻是有限的，隨著與地球距離的不斷增加，它發(fā)射的信號也會變得越來越微弱，就目前的情況來看，當(dāng)旅行者1號發(fā)出的信號經(jīng)過242億公里的傳播抵達(dá)地球時，其強(qiáng)度已經(jīng)低至大約500萬億億分1瓦。

如此微弱的無線電信號是用什么接收的呢？答案就是“深空網(wǎng)絡(luò)”（Deep Space Network, 簡稱DSN）。

“深空網(wǎng)絡(luò)”是由NASA建立的全球性太空通訊地面站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它主要用于與遠(yuǎn)離地球的太空探測器進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，該系統(tǒng)由三個站點組成，它們分別是位于美國加利福尼亞州的“戈爾德斯通深空站”（Goldstone View）、位于西班牙馬德里附近的“馬德里深空站”（Madrid View）、位于澳大利亞堪培拉附近的“堪培拉深空站”（Canberra View）。

這三個站點在地球上的位置大約相隔120度（經(jīng)度），這樣就可以保證在地球自轉(zhuǎn)的過程中，總有一個站點可以與太空探測器保持聯(lián)系，它們都配備了多個大型拋物面天線（其中最大的直徑可達(dá)70米左右），可以接收極為微弱的無線電信號，也能夠向宇宙深空發(fā)射功率超過1萬瓦的無線電信號，這樣就可以確保那些遙遠(yuǎn)的太空探測器可以接收到，其中當(dāng)然也包括旅行者1號。

正是有了“深空網(wǎng)絡(luò)”的支持，旅行者1號才能在距離地球242億公里的位置上和地球通訊，當(dāng)然了，這樣的情況也只是暫時，可以想象的是，隨著時間的流逝，旅行者1號與地球的距離還會不斷增加，其發(fā)出的無線電信號也會繼續(xù)減弱，在這樣的情況下，它遲早會與地球失聯(lián)。

另一方面來講，旅行者1號的能源也是有限的，它使用的是3塊“核電池”，其原理是利用钚-238的自然衰變產(chǎn)生的熱量，通過熱電效應(yīng)產(chǎn)生電能。根據(jù)NASA的估算，在2025年的時候，旅行者1號的能源就會消耗殆盡，在此之后，它就會永遠(yuǎn)地與地球失去聯(lián)系，從此孤單地在茫茫的宇宙空間中漂泊。

值得一提的是，旅行者1號還攜帶了一張銅質(zhì)鍍金激光唱片，上面記錄著很多有關(guān)地球的信息，從理論來講，這些信息可以保存上億年的時間，或許在很久很久之后，有一個外星文明會發(fā)現(xiàn)它，進(jìn)而知道我們?nèi)祟愇拿鞯拇嬖凇?/p>