美国旅行者号已经飞离地球15亿公里,快要飞出太阳系,靠什么给地球传回照片?

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旅行者1号与其姊妹船旅行者2号携带的钚电池(核动力电池)将持续到2025年左右。当电池耗尽之后,他们就再也无法向地球回传数据!

旅行者号探测器,是美国研制并建造的外层星系空间探测器,共发射两颗。原名"水手11号"和"水手12号"。旅行者2号和旅行者1号分别于1977年8月20日和9月5日发射升空。这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行,担负探测太阳系外围行星的任务。

随着离家越来越远,“旅行者”数据回传时间越来越长。现阶段“旅行者1号”传回数据大约需要17个小时,而“旅行者2号”则需要13个小时。目前喷气推进实验室已没有专职科学家负责“旅行者”项目,只有约20名专家轮流照顾“旅行者”,进行数据接收和分析。

美国旅行者号在已经飞离地球15亿公里的地方又是怎么与地球进行联络的呢?简单来说就是靠一口“锅”,这口“锅”的专业名称叫“高增益的抛物面天线”。抛物面天线就是用来接收和发信号的器件,它和我们普通见到的“一柱擎天”天线不一样,它是一个具有焦点的抛物面,平行进入抛物面的光线、微波等电磁波都会汇聚在这个焦点上。增益的意思是把传输信号进行放大,这样能使信号更容易被接收了。简单来说,这个“锅”最大的优点就是增益高,这种“锅”在美国航空宇航局的深空探测器上及地面测控台站随处可见。

但是一口“锅”并不能解决所有的问题,无线通信信号的衰减就与传输距离成对数正比关系,随着探测器越往深空进发,距离地球越来越远,对测控通信质量的要求也越来越高,同时信息传递的延时也会越来越严重。而解决的办法就是将“锅”的个头做得再大一些,与美国 “旅行者”号进行联络的就是美国深空探测网络DSN的最大的“锅 ”——直径70m的抛物面天线。

这是一件很奇妙的事情!很多人都不知道,在我们仰望星空的时候,有个死气沉沉的人造品,无知无觉地孤寂前行着!探索着我们向往而陌生的宇宙星际!

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镁客网


靠电磁波来传送信号,由于目前旅行者一号已经太空飞行近41年,距离地球211亿公里,因此每次的信号通讯都要延迟19.6个小时(也就是电磁波需要19.6个小时跨越211亿公里)。

↓下面是旅行者一号的照片↓

其中那个白圆盘就是发送信号用的高增益天线,口径3.7米,信号就是从这里发回地球的。

旅行者一号从1977年升空,孤身突破太阳系,冲出了日球层,是飞的最远的人造物体

2017年的时候,科学家为了庆祝旅行者一号四十周岁的生日,决定重启推进器,信号从地球发出,经历19多个小时,被旅行者一号接收,推进器成功喷气10毫秒。

随着年岁的增加,放置在旅行者一号身上的两块核电池也将用完,预计到2025年,旅行者一号将关闭一切仪器,独自飞向宇宙深处,与人类永远失联。

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赛先生科普


美国77年发射的旅行者1号和2号太空探测器,飞行至今已有41年,现在探测器早已飞出太阳系,并不断地拍摄太阳系之外遥远太空照片回地球,是人类历史上宇宙探测的首次壮举,不得不佩服美国40年前的技术就能达到这种高水平,41年了,探测器上面的仪器设备在无维修状态下保持无故障运行,运行状态保持良好,这本身就是一个人类奇迹,如果这些设备能保持良好运行,预计到2025年探测器上携带的核电池的核燃料将被耗尽,到时电源因无电力,将会停止拍太空照片送回地球。由于发射成本高,在制造探测器时,携带的各种仪器设备要求重量轻,无维修,无故障,使用寿命长,对微型化技术和制造工艺要求都很高,其难度不是外行人所能理解的。至于发送照片回地球的技术问题,探测器上面的设备还是原来的设备,发射功率还是原来的功率,主耍技术困难是,由于距离很远,经衰减后,信号已经很微弱,接收信号很困难,但这还不是最难的,由于太空中有各种信号干扰,探测器发回的无线电信号已经被淹没在这些杂乱的各种干扰信号中,这种难度相当于在嘈杂的菜场里去听一个小蚊子发出的声音,一般人都知道,只有在夜深人静时才能听到蚊子声,但现在要求在嘈杂的菜场中探测一个小蚊子发出的声音,这个难度要求不是一般高,而是超出了非人类要求了,但美国做到了,这不得不佩服美国的高科技。


龙一欧


答:旅行者一号靠自身携带的高频率电磁波发射器,来给地球传输数据,目前发射功率只有大约20w。




旅行者1号,在1977年9月5里升空,目前已经飞出了日球层,距离地球211.5亿公里(2018年6月数据,并非题主说的15亿公里),相当于0.0022光年,通讯时差19.6小时。




这么远的距离上,旅行者1号始终和地球保持着联系,旅行者1号的电磁波发射器,目前功率只有20瓦左右,也就相当于一颗普通台灯的功率,当信号传到地球上时,已经衰减了数万亿倍。


之所以NASA还能接收旅行者1号的信号,和以下几点措施有关:

(1)地面上使用高增益天线,直径达70多米,能把接收到旅行者1号的信号放大数亿倍;

(2)旅行者一号的通讯频率高达8GHz,这个频段上几乎没有任何干扰,也就是信噪比非常高;

(3)旅行者1号上,使用高精度陀螺仪对准地球;

因为距离实在太远,所以和旅行者1号之间的通讯,也是存在很多缺陷的,比如:为了保证信息的正确率,传送中使用大量纠错码,使得传输效率非常低,每秒的有效信息流不到1kb。



另外,旅行者1号采用的两块核电池,预计到2025年完全耗尽电力,到时候旅行者1号将完全失去和地球的联系。


然后旅行者1号会关闭所有科学仪器,凭着惯性飞出太阳系,预计7.3万年后,会经过距离太阳系最近的恒星——比邻星。




好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


美国旅行者号飞离地球不是15亿公里,而是200多亿公里了。但要说飞出太阳系现在还有争议。天文学界对太阳系的范围有不同的看法,一种看法是以冥王星为界,这样太阳系的半径为40个天文单位,约60亿公里;一种是以柯伊伯带为界,距太阳约100个天文单位,约150亿公里;还有一种说法以奥尔特云为界,就是彗星的诞生地,也是太阳引力范围,半径约1光年。这三种说法,按前两种,旅行者号就已经飞出了太阳系,按照后面太阳系半径1光年的说法,还早着呢,目前才飞了21光时多点,按目前每秒约17公里的速度,旅行者号还要一万七千多年才能飞出太阳系。

旅行者号虽然离开地球已经很远了,人类不但还可以与它联系,而且还可以操控。美国航空航天(nasa)12月1日发表声明,近日成功重启了旅行者1号探测器一组休眠了37年的推进器。11月28日,nasa地面工作人员向旅行者1号发送了启动轨道校正操作推进器的测试命令,这个命令传送了20个小时后,从旅行者1号返回了信息,显示轨道校正操作推进器工作正常。这次调整就是为了使白色的大锅一样的高增益天线始终对着地球,以利于接受和发送无线电信号。这个天线有着3.7米直径的抛物面,使其能够以较少的能量集中发射较强的信号。旅行者1号就是靠这个向地球传回了海量的星空照片。

时隔37年还能在这么远的距离对旅行者1号进行准确的指令操控,证明了nasa指挥中心的高超操控能力和这台探测器的精良持久。这台探测器上还有四组这样的轨道校正操作装置,确保了今后一段日子姿态调整的需要。日前,旅行者1号继续向深空飞去。据ansa通报,这个带着录有55种人类问候语的忠实的人类使者,它的电池将在2025年耗尽,人类再也无法收到它的消息。以后,就靠它自己自求多福的漂流了,如有幸遇到地外文明会受到怎样的待遇,我们将不得而知。


时空通讯


航行在太空深处的飞船靠什么传递信号?

显然不能像古希腊人那样靠传令兵去跑,不然每次通讯都要跑几亿次马拉松;也不能靠喊,即使有这样的大嗓门,太空中没有空气,喊了也听不见;好在有一种叫无线电波的东西,可以通过调制加载信息,可以在真空中传播,每秒还可以跑三十万公里,是目前最好的传递信号的媒介。

旅行者1号,白色的大锅一样的就是3.7米的高增益天线。

无线电波的接受和发射需要用天线,旅行者号上带有专门设计的高增益天线,这面天线是抛物面形的,直径有3.7米,可以把无线电信号集中在某特定的方向上,这样可以花费较小的能量发射较强的信号。

天线结构图

为了互相通讯,地面上还要修建大型的接收站,比如旅行者号用的是美国的深空网络(Deep Space Network)。深空网络是专门针对空间任务的,所以它的天线要覆盖全球,在美国加利福尼亚州、西班牙马德里、澳大利亚堪培拉等地设有几十米大小的无线电天线,这样不管飞船飞到哪个方向都可以接受和发射信号。

位于美国加州的70米天线,深空网络的一部分。

我们上网有带宽限制,无线电通讯也类似的限制,所以信号要尽可能简洁,比如能用文字和数字就不用照片,和我们为了省流量少传或者不传照片类似的,比如对信号和数据进行压缩,相当于我们看小图、缩略图,比如把一时传不完的数据存起来,有机会再慢慢传,相当于我们挂机下载电影等大文件。这样即使是远在太阳系深处的飞船,也可以和地面进行通讯。

至于旅行者号的距离和位置,前面有答主已经说了,就不再重复了,最新的动态可以关注它的官网。

宇宙浩瀚无垠,个人水平有限,图片来自网络。如有疏漏,请多指教。


乔小海


旅行者一号是1977年出发的,目前已经是离地球最远的人造飞行器,它已经进入太阳系最外层边界,目前处于太阳影响范围与星际介质之间。它设置了高增益天线来帮助它将信号集中 以期连续稳定的将信号传回地球。

白色的大锅一样的高增益天线始终对着地球,以利于接收和发送无线电信号。这个天线有着3.7米直径的抛物面,使其能够以较少的能量集中发射较强的信号。旅行者1号就是靠这个向地球传回了海量的星空照片。


旅行者1号是以三块放射性同位素温差发电机作为动力来源。这些发电机已经大大超出了起先的设计寿命。它能够继续飞行至2025年。一旦电池耗尽,“旅行者1号”将继续向银河系中心前进,再也回不来了。在此之后,它也不能传输照片了。



在2011年2月,就有迹象表明,“旅行者1号”已在之前某个时刻抵达了太阳系边缘的“过渡区”,这个过渡区就是太阳系与星际空间最后的交界处。“旅行者1号”已抵达边界处,也就是说,它将很快进入星际空间了。 一旦进入星际空间,“旅行者1号”将需要4万年的时间才能抵达下一个恒星系。


1990年旅行者一号回望地球的时候,拍下了一张照片,地球在这张从40亿英里外(64亿公里外)拍摄的照片中,只是在粒状照片里的一个渺小“暗淡蓝点”来。



天文学家萨根博士用诗人的语言写道: 我们成功地拍到这张照片,细心再看,你会看见一个小点。再看看那个光点,它就在这里。那是我们的家园,我们的一切。你所爱的每一个人,你认识的每一个人,你听说过的每一个人,曾经有过的每一个人,都在它上面度过他们的一生。我们的欢乐与痛苦聚集在一起,数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说,所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯,都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。


平原公子


旅行者一号的中间有个大锅盖子,那个就是高增益天线,直径为3.7米,就是靠着这个玩意与地球建立通讯的,工作的波段是无线电波波段,旅行者一号的发射功率只有20瓦,这就需要更加精准的操作了。

像地面上的天线与旅行者一号上的天线正好要正对着;

旅行者一号的发射频率在8GHz,在这个频率上,外界对信号的干扰会非常的少;

别忘了那个高增益的大锅,这个很有用的,会将信号大大增强,地面上还有一口大锅与它正对着,两口大锅正对着,就建立了之间的正常通讯了。

由于旅行者一号现在已经飞得太远了,距离地球足足有211亿公里,在如此之远的距离上,发射一次信号单程就需要19个小时零35分钟,发射信号肯定是你来我往的啊,这样你来我往,往返就得需要花费39个小时了。

了解地面上与旅行者一号或者二号是如何建立通讯的,就得知道NASA曾经建立的深空网络(DSN)了,目前深空网络总共设置了三处通讯天线在世界范围内,并且在地图上呈现出120度分布,一处在美国本土加州,一处在西班牙马德里附近,最后一处在澳大利亚的首都堪培拉,为什么这样的安排呢?

当然是为了在地球自转的过程中不耽误接收信号呀,这样就可以随时与旅行者一、二号联系了。这些天线有大的也有小的,小的14米口径,大的足足有接近70米的口径。

2017年末,NASA又完成了一次壮举,利用深空网络DSN在美国加州的14米口径的深空通讯天线成功唤醒了沉睡37年的旅行者一号推进器,证明相关仪器工作正常,这可是与远在211亿公里外的旅行者一号探测器进行交流啊。

不过,旅行者一号的电力快不行了,再撑个几年就要永远的与地球失去联系了,它将一直向着深空飞去。


一枚游戏科幻迷


我很佩服那些意淫旅行者号现在如何如何,还要多少时间飞出太阳系的那些意淫者,他们不仅自欺欺人,还胡说八道。


用户3171111845


旅行者一号采用的能量来源与其他的探测器不同,它采用的是核电池,因而能够在距发射41年依然有足够的能源来提供探测器,向人类传输信号。

如今人类制造出最多的人造卫星或者探测器都是以太阳能帆板作为能源,采用这种太阳能帆板的好处是有光就有能源,而且太阳光子打在帆板上还能为卫星提供动力,这种相比于核电池来说技术要求低,可靠性高,成本低廉等优点。最大的缺点就是无光就不能产生电能,故只有在卫星中放一块蓄电池。

核蓄电池

正因为太阳能帆板的问题,一旦探测器在远离太阳的时候,探测器就无法拥有足够的电能来驱动探测器上的各种电机,传感装置,发射装置等等。两艘旅行者号探测器,都是以三块放射性 同位素温差发电机作为动力来源,旅行者1号探测器(2)发电机已经大大超出了起先的设计寿命,一般认为它们在大约2020年之前,但是它们仍然可提供足够的电力令太空船能够继续与地球联系。

那么,旅行者一号到底能坚持多久勒?

设计师估计得是在2025年左右,核电池没有能量在坚持旅行者1号中的任何一种单一仪器。旅行者1号为了节省能源,为人类拍摄到更远的太空照片,在2007年时,停止 等离子子系统运作。2008年,停止行星 无线电天文实验。2010年,停止扫描平台及紫外线分光计观测。2015年,停止数据磁带机运作。2016年,停止 回转仪运作。2020年,开始关闭科学仪器。到2025年,旅行者1号就基本宣布死亡。

旅行者1号携带着一块金属唱片,包括55种语言录制的问候语和各类音乐,磁盘上还有115幅影像(太阳系各行星的图片、人类的性器官图像及说明),这些数据旨在向“外星人”表达人类的问候。

因而,如今旅行者1号已经步入晚年,依靠着最后的能源,继续向人类发送着太空中各种美丽的行星,只要旅行者1号不撞上陨石或行星,也不被行星恒星所捕获,那么它将一直向外太空飞去,向我们向往的地方飞去。


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