飞行近半个世纪,旅行者一号距地球约230亿公里,如何保持通讯?

这个时尚穿搭 2024-12-08 14:58:34

20世纪是一个多动荡的世纪,正因两次世界大战的发生,各国间的科技竞逐日益发展,尤其在军事方面,科技的进步不仅推动了军事武器的发展,更推动了科技整体进步。

随后冷战时期,两大阵营间的争斗,使这种竞争愈演愈烈,科技研发全面展开,其中对太空的探索也逐渐开始重视。

这引发了冷战期间各国间在太空探索方面的较劲,更是为了证明自身的科技实力,在人类太空探索历史上写下浓墨重彩的一笔。

在此背景下,一批无人探测器诞生,这使人类通过这些无人驾驶的“遥控器”,主动地对整个太阳系进行探索,大大推动了人类对太阳系的科学研究进展。

在这些探测器中,被誉为“探索者”的旅行者号无人探测器无疑成了耀眼的明星,这个“小家伙”好奇心爆炸,自1977年诞生后开始在外面探索奇妙的宇宙,一眨眼,就已经工作了快50年,而且依旧心系着地球,时刻与我们分享着宇宙的见闻。

如今,旅行者1号已经渐渐与我们的家园拉开了230亿公里的距离,那么它是如何保持通讯和供电的呢?

旅行者号探测器。

1977年,这一年被誉为“探测器之年”,当年同时发射了5架无人探测器,其中两架是双子星计划中的土星探测器,这就是后来的土星探测器航海家1号与航海家2号,还有一架是水手计划的金星探测器水手13号,而剩下的一架则属于这个团队中最受宠爱的少爷—旅行者号。

旅行者兄弟俩由NASA发射,它们的任务是要进入土星的周围空间,研究土星及其卫星、环境、磁场等,同时要将这些数据传输回地球,为科学家提供详细信息。

值得注意的是,在那时没有现成人类探索宇宙的基石—深空网络。

而且旅行者在此之前就已进行初步规划,那么这个深空网络究竟是什么?

它是一个由许多无线电发射和接收系统组成的网络,这些系统分布在离地球较远的位置,可以帮助探测器发送和接收无线电信号。

当时此网络尚未完善,所以NASA便要在既有技术框架内尽可能地进行改良和进步,使其能够更好地服务于后续任务。

NASA面临着一个落后的局面,该技术还不成熟,他们能做的就是让已有技术不断进步,使其发挥出更大的作用。

尽管面临种种挑战,但NASA秉持着表示着人类对太空最强烈的好奇心与追求,为使命而努力,为梦想而拼搏。

由于冥王星和冥王星轨道状态是未知的,所以科学家们不知道如何设计程序去应对,在很少的数据基础上怎么去实现最大的信息获取,是旅行者号所面临的重要问题之一。

但他们还是制定了目标,让它尽可能多地对冥王星进行一些观察,希望能有所发现,并为后续探索提供参考依据。

保持通讯与供电。

前文提到旅行者兄弟俩前往土星进行探索任务,那么这就不得不提两个探测器最强离谱的一点,那就是它们达到了第三宇宙速度,并瞬间就摆脱了太阳引力。

是什么让它们如此神奇,科学家们采用了一种引力弹弓效应,通过行星间的引力,让两个探测器借助此过程最大化飞行速度,并改变飞行方向,从而让两个探测器速度得到极大地提升。

经过这次加速后,两个探测器飞向土星时速度达到了每秒25公里左右,进入土星轨道后,又经历一次弹垒加速,这一次飞向天王星时速度达到每秒35公里,而这次之后又进行了三次加速。

随着每次加速,形成了一个环状网,在这个网中,土星、天王星、海王星曾成为旅行者号探测器加速完成任务过程中重要的一环。

随后从海王星附近经过后,姐妹同航便开始朝着远离太阳系更远处飞去。

如今姊妹航行已过去四十多年时间,远航途中两船体温差极大,两艘船只有极少水分蒸发变为冰霜,这些冰霜附着在表面上,不断积累,随着时间越来越久,它们所受压力也越来越大,这些冰霜会变得越来越密实。

最后用力过度导致冰冻产生碎片,这些碎片会将表面材料压迫变形或者甚至撕扯下来,在产生碎屑的时候,这时是无声无息的,但是一旦发生碰撞的时候就会有声响传来。

产生击打声的时候,有一定几率会使设备故障发生或者数据采集不完全,所以所幸的是,旅行者2号已经没办法完成继续工作了,而相对而言,旅行者1号所积累的冰霜压力还是比较小的,所以不会击打到探测气体田,同时也不会影响到它继续监测预定方向上的信号。

而保持通讯这一点是科学家们最关心的一点,他们想知道旅行者1号是如何与他们进行通信的,无论多远都隔不断信号。

首先,电信号作为物质世界中一种基本信息传递方式,它不仅是电流的一种表现形式,同时也是一段数字的信息表达方式,这使得电信号可以通过一定介质或空间进行传输,并且在过程中不易受到干扰,相对而言,它传输效率高且准确性极为可靠。

其次,无线电波是一种电磁波,它也是一种由电场与磁场相互作用下产生的波动现象。

无线电波具有广泛应用,是通信、广播、导航等领域的重要工具,可以穿越真空并以光速传播,同时与周围物质相互影响,其波长和频率决定其特性,因此适用于不同领域,例如超长波、微波等。

在宇宙中,两者之间是不可或缺的关系,没有电信号,无线电波则无从谈起,而无线电波则为电信号提供了穿越宇宙,实现远程通信的重要载体。

科学家们将探测器中的数据转化成电信号,然后通过深空网络发送这些信号,通过专门设计的天线阵列,将信号发送到外太空。

当信号到达探测器后,无线电波会被探测器内的接收系统捕捉到,并转化为数据形式,从而返回给科学家们进行分析和研究。

此过程就像是人与人之间通过不同媒介进行远程沟通一样,只不过宇宙中的通信更加复杂,而科学家们也需要根据不同情况进行实践总结,以应对未来更遥远的探索之路。

失联后的可能性。

随着探测器本身所产生的电量不断消失,它将失去成果固然,可还有一件更为科学家惋惜的事,那就是和它之间联系也将就此断绝。

随着时间一天天过去,技术也会飞速发展,到2036年,如果仍能与它保持联系的话,科学家们很有可能将它修复,还能继续和它一起探索更远的宇宙。

如今人类有五架商用探测器,其中有两架已失联,还有三架仍共存,无论是在能力上还是丰富的数据支撑上,它们都相当优秀,但如果自己设计的话,无疑要考虑更多因素。

备选方案中包括材料、技术、资金等,未来设计无人探测器也需站在时代的高度去考虑,不同于原先,现在可以整合、借用各国先进技术,为提高效率,各国间甚至还可以加强合作,共同构建新的网络,在太空中形成一个系统完整、数据共享深空网络。

当然还有量子通讯,这是一项颠覆传统思想的新想法,是实现这项技术的重要一步,其关键性在于采用量子态极低能量损失性质,通过纠缠态实现即时通讯。

这样一来,不管距离多远,旅行者1号都不会与他们失联,这不仅是当下最优秀的技术,更是未来的一种畅想。

时间一直在走,在数十年后,旅行者号将它的数据传输到地球,再经过数十年的时光,被未来的人类翻阅,那些巨大的数据量将饱含着怎样的信息,将是法律人的荣耀吗?

毕竟这代表了人类曾经最渴望了解自己的宇宙,也同样代表着人类那段无畏坚持、不忘初心的探索之旅。

在不久后的未来,人类肯定会寻找适合人类生存的新家园,因此我们会继续这个项目,我们会把所有发现过的信息都放到小晶盘里,然后把这些小晶盘装载成一个机器人飞船,我们希望这个机器人飞船把这些能帮助我们找到新家的信息带到其他遥远星系。

这样一来,就算是十亿年之后,一个外星文明无意间发现它们,他们依然会惊讶于当时我们有多么渴望了解整个宇宙,全世界都因为我们的好奇心和探索精神而紧密团结。

说实话

如今,旅行者1号仍在不停旋转不停转,但如果宇宙环境较为平静的话,它仍能继续飞行非常长时间,这是因为空间没有我们地球上空气阻力造成物体运动减速的问题,所以即便有很小力量存在,它也可以非常长时间连绵不绝。

只要能找到下一颗适合生命生存的星球,希望那个时候它仍然存在吧。

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