作为美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器,旅行者1号(英文名:Voyager 1)重815千克,于1977年9月5日12:56:00 UTC 在美国东海岸的佛罗里达卡纳维拉尔角航天发射基地发射生空。
旅行者1号及其姊妹探测器旅行者2号均使用三块钚放射性同位素温差发电机作为动力来源,可提供功率420瓦。
其中通信设备的功率为20瓦,仅仅相当于现在的手机快充的功率。
目前旅行者1号距离地球大约217亿公里,相当于0.00229光年,通讯时差20.06小时,这意味着从旅行者1号发出的无线电信号需要耗费20.06小时才能到达地球,被地面的天线接受到。
因此,旅行者1号和地球之间传输数据还是存在着一定难度的,但也没有像人们想象中的那么复杂,并没有用到什么高科技,其使用的只是无线电通信技术,将需要传送的声音、图像、数据等调制成无线电信号,经空间传至地面。
↑ 旅行者1号拍摄的木卫一
无线电信号的强度会随着传输距离的增加不断衰减,当旅行者1号发射的信号传到地面时,功率衰减为起初的一百万亿亿分之一,仅有10ˇ-22瓦。
不仅传输功率的极低,传输速度也非常慢,只有约1.4kb/s 。
为了侦测接收到如此微乎其微的信号,NASA建造了深空网络(Deep Space Network, DSN)。
其由三处分别位于美国加州、西班牙马德里、澳大利亚堪培拉的呈120度分布的深空通信设施组成,以此实现与旅行者1号的信号传输,而且不受地球自转的影响。
同时采取以下三种措施增加信号传输的成功率:
⑴ 使用高增益天线,使无线电信号集中在某个方向上,增大传输距离
旅行者1号上的高增益天线直径达3.7米,原来DSN使用的天线直径达70米,由于已经使用超过40年,NASA从2010年开始部署34米天线,以替换陈旧的天线,满足信号接收需求。这些地面接收天线可将接收到的信号放大数亿倍。
⑵ 旅行者1号的通讯频率高达8GHz,在这个频段上,几乎没有任何干扰,信噪比非常高。
⑶ 旅行者1号安装有高精度的陀螺仪,确保其在深空也能时刻让天线对准地球的方向
虽然科学家们用尽浑身解数,但由于距离实在太远,加上太空中存在许多高能辐射,且无线电信号受自然因素影响,会对无线电信号产生干扰。
因此,为了提高信息传输的正确率,在将声音、图像等信息调制成无线电信号的过程中使用了大量纠错码,这也使得有效传输效率降低,只有不到1kb/s.
在不远的将来,旅行者1号将带着人类的梦想孤身飞向更加遥远的宇宙
旅行者1号携带的发电机目前已经大大标出设计使用寿命,科学家预计,它们仍然可提供足够的电力让探测器上搭载的科学仪器继续工作到2025年,并继续与地球保持通信,直至2036年。
此后,旅行者1号将失去与地球之间的联系,带着人类的梦想,孤身飞往银河系中心,飞向更远的地方!