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旅行者一号飞行44年,飞出太阳系了吗?美国居然还能联系到它

  旅行者1号,是由美国宇航局在1977年9月5日发射的第一艘无人太空探测器,到现在,它已经飞行44年,距离地球227亿公里。如此远的距离,太空探测器是怎么被控制的?它又是如何将宇宙图像传到地球的呢?

  大家好,我是你们的二师姐,下面由我来为你解答。

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  旅行者1号设计之初

  在最开始,NASA(美国航空航天局)设计它的目的是探测木星与土星及其卫星与土星环。但在飞行的过程中由于没有顺利进入轨道,直接向太阳系外飞去。这也开启了旅行者1号漫漫的长征路。

  令人吃惊的是,旅行者的设计寿命只有五年,而它已经飞行44年了,总计行驶了227亿公里的距离,现在它依然以17km/s的速度继续前行。

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  人类至今为什么还能联系到它?

  作为离地球最远的探测器,人类是靠什么与它联系的呢?答案其实很简单,就是无线电波。在70年代末,人类通讯科技还不是很发达,所以旅行者1号与地面的联系都是靠无线电波来实现的。

  无线电波,听起来有点难懂。日常生活中,随处可见它的身影。比如我们的收音机,就是运用无线电波来传输音频的。不一样的是,旅行者一号电波的传输难度要大上千万倍。

  因为无线电信号遵循一个原则,飞行器飞得越远,它的信号就越弱。要想使得飞行器飞得很远还要保持联系,必须使用先进的科技。

  设计者使用高频段通讯,并选择了8GHz频段。这个频段的优点是干扰极少,能最大程度保障信道的畅通无阻。

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  工程师还在旅行者1号“头顶上”设计了一个一个直径长达3.7米的高增益天线,并安装了一个精密的陀螺仪,这陀螺仪看上去像个大锅,但是大家可别小瞧了它强大的功能。这个“大锅”从始至终对准地球,方便了旅行者1号信息的传输。

  为了尽可能使得飞行器与地面保持联系,当时的设计者在旅行者1号的追踪设计上花了很多精力。可是,光是这样还是不够。因为旅行者1号给地球发射的无线电波其信号强度是有限的。

  到2021年,旅行者1号的信息经过20多个小时的传播到达地球变得十分微弱,地面上的人员接受到的信号强度只有最初的100万亿分之一。要想更好地实现信息传递,还必须要有先进的地面接收设备。

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  为此,NASA在美国加州、西班牙马德里、澳大利亚堪培拉三处建立了深空通信设施。这三处呈120度分布的设施,构成了深空网络系统。这类似于一个望远镜,可以将远处传来的微弱电波进行放大,进而开始分析。也就是说,旅行者1号在天线功率只剩20瓦的情况下,地球依然能接受到它发来的数据。

  所以到现在,人类与旅行者1号还可以进行联系。只是因为距离太远,两者之间的沟通延时很长。无线电波虽然以光速将信息传回地球,也需要20小时31分钟才能被地球接收到。而地球发送的数据,也需要同样长的时间才能传到旅行者1号。

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  少量燃料的旅行者1号,为什么能飞这么久?

  与现在发射的探测器不同,旅行者1号使用的是核能。那飞行44年之久,岂不是需要很大的能量么?在这里,二师姐要敲黑板了,牛顿第一定律中说过,运动本身是不会消耗能量的,改变运动状态才会消耗能量。

  在发射的时候,用以将飞行器推上太空的升力早就消耗掉绝大多数的能量,飞行器本身只携带少量能量。当飞行器进入真空的太空时,没有任何阻力抵挡它,整体平衡的它,会一直做匀速直线运动。

  飞行器携带了燃料,不过,这燃料可不是用来加速的,而是用来调整它自身的飞行方向。因为在飞行过程中,旅行者1号是有可能碰上陨石或者其它星球的,改变方向可以避免撞击。如果没有出现阻拦,它就可以永远地运动下去。

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  还能联系多久,旅行者一号的结局如何?

  然而,随着工作年限越来越长,总有一天旅行者1号会和地球失去联系。那么这天是什么时候呢?据NASA推算,旅行者1号身上的核电池会在2025年左右完全耗尽电力,这时它无法发送电波,便会彻底与地球失去联系,并成为漂浮在宇宙中的一艘流浪探测器,一直坚定不移地“走下去”。

  旅行者1号携带着一个铜制的镀金磁盘唱片,还有一个金刚石留声机针,这个唱片哪怕过十亿年也音质也不会有任何改变。到那时,也许它就成了人类文明的使者,在大约4万年后抵达临近恒星时,让外星生物知晓还有人类的存在。

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  可是霍金预言,外星人如果比我们更高级,可能会给地球带来灭顶之灾,这将是星球之间的战争。但是没有人能知道4万年后的人类会发展成是什么样,也没有人知道,人类与外星生物相比是不是会更低级。

  一切都是未知的,但是就是因为宇宙的神秘,才促使一代又一代的人们为了它,而不断发展航天科技。我也相信有一天人类会与外星生物和平共处。

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