探索旅行者号：揭秘人类最遥远探测器的能量之源与操控技术

20世纪，人类经历了两次惨烈的世界大战和冷战的紧张气氛。这些事件促进了军事和航天技术的快速进步。在人类航天的这一篇章中，航海者号这两个无人探测器自20世纪70年代发射以来，已经发射了半个多世纪。它们不仅在持续运转，还在不断挑战人类探索的极限。

目前，旅行者一号距地球约230亿公里，是人类距离地球最远的探测器。值得注意的是，航海者号并不是直线行驶，而是在旅途中经历了多次轨道变化。因此，问题出现了：科学家如何与如此遥远的探测器保持联系并控制其轨迹？

探索 的“动力源泉”

以航行者一号为例。它于1977年9月5日出发，最初的目标是探索太阳系中的木星、土星及其卫星。到1980年，航海家一号完成了主要任务，带回了木星、土星及其卫星的高清图像。 1990年，它访问了天王星和海王星，在距地球约64亿公里的高度拍摄了太阳系行星的全家福，其中地球仅占0.12个像素。

由于水星距离太阳太近，而火星又不够明亮，因此无法拍摄这两颗行星。但这张照片中还包括其他行星，科学家将其制作成太阳系的全家福。

航海者一号之所以能够走得很远，并不是依靠它最初的巨大速度，而是因为它达到了第三宇宙速度。这个速度使它能够逃脱太阳的引力限制。

科学家为航行者号配备了三台由钚制成的放射性同位素热电机。这些电机成为 的动力源泉。此外，探测器还搭载太阳能电池板。

航行者一号正是依靠放射性同位素热电机和太阳能电池板，为船上包括通信系统在内的十多种科研设备提供动力。

发射后，航海者一号利用各行星的重力进行加速。这就是引力弹弓效应，让它最终达到第三宇宙速度。再加上太空空旷、近乎真空的状态，航海者号并没有遇到太大的阻力，速度也没有急剧下降，可以继续飞行。

解决了电力问题后，科学家如何与其保持沟通和控制？

揭开沟通的奥秘

要回答这个问题，我们首先需要了解通信的基本原理：电磁波的传输。例如，我们之所以能看到物体，是因为物体发射或反射的光进入眼睛并通过神经系统将信号传输到大脑。而光正是电磁波的一种。

与航行者一号的控制和通讯实际上是通过电磁波的往返传输。科学家将声音、文本、数据和图像信号转换为无线电信号，并将其发送到航海者一号。探测器上的解码程序解释这些信号，并以同样的方式将信息反馈回地球。航行者一号使用的信号接收和发射设备是直径为3.7米的抛物面高增益天线。

然而，当航海者一号将信号传回地球时，它面临着接收问题的挑战。地球巨大，大气层对电磁波信号有干扰，地球自转引起的运动增加了信号接收的难度。

为此，科学家建立了深空探测通信网络——美国深空测控网。地球表面的三个深空网络站分别位于加利福尼亚州、马德里和堪培拉，负责发射和接收信号。此外，还使用特定的无线电信道进行通信。例如，深空网络站以2.1 GHz发射信号，而 1返回信号则使用2.3 GHz或8.4 GHz。

航行者一号的通信系统依靠放射性同位素热电机提供动力。尽管这些电机已经超过了最初的设计寿命，但科学家估计，到 2036 年它们仍然能够为探测器提供足够的动力以保持与地球的接触。但2036年之后，电力将耗尽，我们将与航海者一号失去联系，它将继续向银河系中心飞行。