距離地球254億公里，旅行者1號為啥還能保持聯繫？

距離地球254億公里,旅行者一號爲什麼還能和地球通訊,旅行者一號是人類最遙遠的探測器,自1977年9月5日發射,歷經47年飛行,現在距離地球約254億公里,它早已穿越日球層頂進入星際空間,卻依然能與地球保持通訊,發送珍貴的星際介質數據,旅行者一號的通訊依賴其直徑3.7米的高增益天線,和兩臺無線電發射機,主要是X波段8.4千兆赫茲的主發射機, 和S波段2.3千兆赫茲的備用發射機,其中X波段發射功率僅23瓦,相當於一個冰箱燈泡,但通過高增益天線聚焦,信號能以0.5度的窄波束射向地球,這種聚焦極大提高了信號強度,信號從254億公里外轉回地球需約23小時,往返近46小時,信號強度衰減,遵循平方反比定律,到達地球時僅剩約10的-16次方瓦,遠低於宇宙背景噪聲, 所以,科學家還得建造大型射電望遠鏡把信號撈出來,也就是深空網絡系統,它由美國,西班牙,澳大利亞的70米和34米巨型天線組成,負責接收這微弱信號,DSN使用超低溫接收器和高級數字處理技術,從噪聲中提取數據,霧瑪率低至10的-5次方, 2024年10月,旅行者一號因故障切換到X波段發射機,這個波段功率更低,數據率僅40比特每秒,低於X波段的160比特每秒,由此引發通訊中斷,最後還是由NASA工程師通過遠程指令,在11月18日恢復了X波段,確保數據流恢復。 能源方面,旅行者一號的通訊依賴的電能,來自三臺放射性同位素熱電機,利用不238衰減放熱發電,當年發射時還能提供470瓦電力,2025年已衰減至約220瓦,按照計劃,旅行者一號身上的科學儀器會逐一關閉,現在只保留了通訊和姿態控制的電力,整個核心系統僅需幾十瓦就能長期運行,但是NASA預計2030年通訊系統也可能關閉, 屆時,旅行者一號將成爲無聲的星際漂流瓶,攜帶金唱片繼續航行。以現在的技術眼光來看,通訊的關鍵其實就是,旅行者一號必須始終將天線對準地球,並且誤差小於0.5度,使用小型推進器和陀螺儀就能完成,因爲星際空間基本沒有外部作用力,可以長期保持穩定精度,至少在2025年的今天,旅行者一號仍然能對準地球。 整個旅行者計劃到了今天最大的消耗其實不是探測器,而是地球上的深空網絡的維護成本,每年都得花好幾億美元維護,專門用於接收旅行者一號和二號的數據,也許再過十年,等旅行者一號和二號徹底失聯後,整個任務就真的結束了。