旅行者 1 號飛出太陽系了，它是如何和地球聯繫的呢？

01-17

旅行者一號已經飛出了太陽系，跑這麼遠了，是如何和地球進行聯繫的呢？

人類通過什麼來控制它的運動方向？

拍攝的照片如何傳輸回來？為什麼在 36 年前的時候就有了這麼高的技術水平？

現在可知旅行者一號距離我們 17 個小時，地球與旅行者號來回進行信息傳輸至少有 34 個小時的延遲，那麼人類通過什麼使旅行者號有效規避危險和改變運行軌跡呢？

太陽系真的有那麼空曠？太空中所有星體的運動真的都如此有序？旅行者號真的不會遇到不可測的危險（比如宇宙塵埃）嗎？

題主可以先看看wiki條目旅行者1號

然後回答問題：

1.在行星探索階段，事先計劃好航向，通過微調+行星引力控制方向；現階段，悶頭飛就是了，不用管方向了。

2.它自身裝備的天線，通過無線電波和地球聯繫。

中間的圓盤：High-Gain Antenna，高增益天線。

傳回信號的時候，需要地面控制探測器姿態，讓天線對準地球。其他雜七雜八的東西都是各種具體的探測器。

至於36年前的水平，一是因為著急，「幸運的是，這次任務剛巧碰上了176年一遇的行星幾何排列……」；二是因為冷戰特殊時期舉國上下玩航天花錢不眨眼。技術也要有錢才能實現，後續發射的有些探測器的指標還不如旅行者1號，就是因為資金有限。

而且，在旅行者1號之前，二戰結束後的50年代和60年代，美蘇兩國已經進行了大量太空探測器的實驗，二戰時期儲備的理論紛紛運用到工程實踐里，不是憑空冒出來的。

太陽系探測器列表

另外，不排除旅行者的主機一直在升級的可能。好奇號著陸之後第一件事不就是重啟升級固件么……之前的伽利略號（好像是），飛到一半發現天線沒有正確展開，大概意思就是本來設計的是100M的寬頻瞬間變56k的撥號，也就是意味著拍的照片直到探測器報廢了也傳不回來，地球科學家只好讓它先硬著頭皮飛。這段時間裡，地球上的宅男們為了看美女圖，發明了jpg格式……NASA一看高興了，不用傳raw了，給探測器的主機寫了個圖片壓縮的程序，用無線電biu給探測器升級安裝，到時候拍照完了壓縮一下再往地球傳即可。資訊理論可不是70年代才發展出來的科學。

技術是一直在升級更新的。在旅行者之前，先驅號一度是飛離地球最遠的人造物體，只不過後來先是和地球失去聯繫，再被旅行者趕超……後浪拍前浪啊。

現在的科技水平必然比70年代更先進，但不一定有資金支持這種「把錢往太空扔」的活動，而且目前的探測器更具功能性，研究目的和70年代不一樣了。比如研究反物質的磁譜儀，這些團隊的出來的成果也許遠比把「人造飛行器biu出太陽系」意義更深遠，但報道出來一般人不一定看得懂，也不感興趣。

逐一回答樓主的問題：

0.沒有飛出太陽系，廣義的太陽系是指太陽能夠影響到的區域，一般認為是Oort cloud 的邊界，約50kAU(1AU是日地平均距離)，在那個區域的途徑的天體仍然能夠受到太陽的攝動而被俘獲。

1、人類通過什麼來控制它的運動方向？

1.1當然是火箭發動機了

1.2人們會預設大致的軌道和大的變軌區間

1.3在探測完土星系之後，旅行者1號被改變了任務，沒有奔向天王星了

2、拍攝的照片如何傳輸回來？為什麼在36年前的時候，就有這麼高的技術水平？

2.1通信原理的理論我真的不想贅述了，照片都有其格式，調製到發射機上，通過旅行者號的高增益天線（那口鍋）或中增益天線（冗餘備份）朝地球方向發射，地球方面有更大的天線陣（70m）來接受，再解調。

2.2航天技術使用的一般是成熟可靠的技術而不是所謂的未得到充分實踐尖端技術，航天首要保證的可靠性而非指標，諸如目前航天所用的最先進的計算機民用都會不屑一顧。上述圖片的傳輸速率是1.4kb/s，體會一下用這個速率傳照片，這還不包括校驗碼之類的

2.3有些技術實際上是後補的，例如，與飛的距離地球越遠的探測器通信需要更大的天線陣，因此後來NASA和ESA做了70m天線陣的深空探測網路（DSN）如下圖

問題3呢，你這是要逼死處女座的節奏啊，還是剔除處女座答題的方式

4、現在可知旅行者一號距離我們17光小時，地球與旅行者號來回進行信息傳輸至少有34個小時的延遲，那麼人類通過什麼使旅行者號有效規避危險和改變運行軌跡呢？

4.1報廢拉倒反正任務完成的差不多了，現在的能量也僅夠維持少數設備了，用不了多久就該全部關閉了

4.2那麼空曠的地方飛就是了，有危險也就算了，本來目前僅僅是用來多獲得一些星際空間的資料，過不了幾年想管都管不了，就關機了（因為採用核電池作為能源，而核電池所能提供的能量會越來越少，參考元素衰變的相關資料，當所能提供的能量不足以維持基本需求時只能關機）

4.3旅行者號攜帶的燃料也有限，用完就沒了，想變軌都不成

5、太陽系真的有那麼空曠？太空中所有星體的運動真的都如此有序？旅行者號真的不會遇到不可測的危險（比如宇宙塵埃）嗎？

5.1太陽系真的很空曠，如下圖，你能看到什麼，那些點畫的太大了，實際上早就被淹沒了

5.2哪裡哪裡，世間唯一不變的就是在變化，當然這些變化從天文學的時間尺度才會很明顯，比如月球離我們越來越遠。太陽系有眾多小天體，太陽系外層（指Oort cloud）又會有一些天體收到某些攝動，因此大行星的公轉自轉周期，軌道等一直在不短變化。

5.2.1人為原因也會造成改變，最明顯的就是之前提到的行星引力加速Gravity assist就會改變探測器和行星的軌道和速度，不過由於動量守恆，即質量m和速度v的乘積的矢量和不變。而行星的質量遠大於探測器的質量，因此探測器會得到加速或減速，而行星的變化不明顯。值得一提的是地球也被用於作為行星引力加速的天體。

5.3一直在承受宇宙射線，尤其是太陽風。不過沒關係，好的設備都關了，過不了幾年就會因為能源匱乏而處於完全關閉狀態了。詳情可以參考以下維基條目：

NASA Deep Space Network

Solar system

Voyage 1

前面已經有人將飛行過程和路徑介紹了，我這稍微說下其他的

照片及信號傳輸的問題

旅行者1號的天線直徑是3.7米，對於一個探測器來說這是相當大的天線了，與之對應的，地球上使用的是直徑37米的天線接收和發射信號，而且旅行者1號電台發射頻率在8GHz波段，這是一個干擾相對較小的波段，所以即便旅行者1號的電台功率只有23瓦，但是地球上仍然可以接受得到信號（相比於接收，向旅行者1號發送信號的難度要大得多得多），只不過這個信號已經相當相當微弱了，在波形中只是一個小小的脈衝信號。

能源問題

旅行者1號使用的是放射性同位素電池，Pu－238的半衰期長達89.6年，所以在相當長的一段時間內，旅行者1號依然會繼續向著地球孤獨地發出那微弱的信號，直到電池用盡，當然即便電池耗盡，它依然會在太空中向前漫遊

關於旅行者號有興趣的可以看下BBC的紀錄片

旅行者號：衝出太陽系 Voyager: To the Final Frontier

高贊的回答已經說的很詳細了。

我只想補充幾句話:對於旅行者1號，離開土星系統時候，主要任務就完成了。剩下的每一點收穫都是額外的「饋贈」。

也就是說，旅行者一號原本只被設計用來飛海王星，中途改變任務之後，飛離土星之後就算它立即報廢，也無所謂了。

危險？控制？拍攝完藍色暗點之後，旅行者一號處於能用一天是一天，可能明天就失聯了也正常的情況。根本不控制也不能控制方向了。

2020年到2025年左右吧，旅行者一號核能電池消耗光之後，就會失聯。

當然，那個時代的電腦比現代簡單得多，元器件集成度也小得多，所以反而耐惡劣環境更厲害。真的是工程奇蹟。

現在基本是今天早上對著旅行者一號喊一句在不在？第二天晚上回話還活著！的狀態了。

不遠的將來，這句回話也會永遠消失。

2017.1.14補充:

忘了是JPL還是NASA，最近對旅行者一號上面4個輔助發動機進行了一次10ms的點火測試，居然全部成功！！厲害！

雖然幾乎一點燃料沒有，只是測試一下發動機。。

特別報道――走近美國深空探測網

旅行者1號應該飛出了太陽日球層，即太陽風的勢力範圍，距離太陽100-200天文單位。但這個不應該算是太陽系的邊緣，日球層外還有奧爾特雲圍著太陽轉。太陽系邊界應該被定義為太陽引力控制範圍的最邊緣。這一邊緣大約在距太陽 100,000-200,000 天文單位（1.58-3.16光年）處。所以路行者1號離飛出太陽系早著了。

[1] 太陽的故事 (十三)

日球層的邊緣不是一個單一概念，它自內向外包含了三個層面：太陽風的風速由超聲速變為亞聲速的地方被稱為「終端激波」 (termination shock)；太陽風的壓強減弱到無法再推動星際塵埃 (即兩者壓強相等) 的地方被稱為「日球層頂」 (heliopause)；星際介質的運動首度因遭遇太陽風而減速的地方被稱為「弓形激波」 (bow shock)。另外要提到的是，有些人將日球層的邊緣或其中某一個層面——比如「日球層頂」——視為太陽系的邊界，那是不合適的，因為它無法涵蓋被認為是太陽系最外圍的所謂奧爾特雲 (Oort cloud)。

[2] 尋找太陽系的疆界 (十六)

」消失了50年的旅行者1號重新出現在海王星附近，並且朝地球飛來。『

坐在搖椅上老人看著電腦上的新聞報道，低聲喃喃：

「在黑暗中遊盪太久的孩子，它有一日會帶著魔鬼回來，」

--------《聖經舊約，第四章，第二十六節》

NASA擁有全球最大的深空探測網路(DSN)，和各種探測器通訊。要接收如此微弱的信號，需要很多環節做到極致。例如超低溫冷卻的器件以降低熱雜訊，N個遍布與墨西哥州或者澳大利亞的大型天線保證時刻有對準的機會。。。

買過幾本相關的書，其中好像提到，接收旅行者二號發回來的信號，速率已經下降到只有幾個位元組每秒。和旅行者二號等早期探測器通訊，據說是作為新手的入門培訓。。。

好多答主真的有認真看題主的問題嗎？其實題主的問題沒有標題那麼蠢好不啦

以下是正式回答：

1. 對於控制移動肯定用的是火箭發動機啦由於技術限制，當時還沒用上離子發動機只能用化學燃料推進的傳統工質推進模式。另外，一個空間探測集不僅僅會用多個噴口朝向不同的小型推進器來輔助主發動機定位推進方向，還會用動量輪來作為幫助。在途中使用行星進行引力彈弓加速也是節省燃料和時間的常用做法。（對於這一條要推薦一個遊戲叫Orbit 可以生動的讓玩家體會引力之間的關係）

2. 傳輸信號用的就是普普通通的無線電啦並沒有很高深，是一種在二戰時期就已經大規模普及的技術（也就是經常在抗日劇中看到的電報機那個用手敲滴滴滴響的）旅行者一號的天線只不過是更大一些，信號強度更高，指向性更好而已。

3.回答這個問題需要澄清一個普遍存在的誤解，也就是宇宙有多空曠。有不少人都看完科幻電影穿越小行星帶開始認為宇宙中有很多太空顆粒啊【根據天文學家們估計，小行星帶裡面的小行星，直徑在100千米以上的大約有200顆，在30千米以上的大約有1000顆，在1千米以上的則超過100萬顆。而在1千米以下的，那就數也數不清了，因為有的小行星直徑只有幾米。而像幾厘米、幾毫米的小碎石數量肯定又是個天文數字。】。乍一看是不是要被嚇住了？但其實沒有那麼危險，小行星帶位於2.03au～3.3au ，這個寬度甚至超過地球距離太陽的距離在黃道面上的投影面積約為地球軌道面積的6.7倍。所以，哪怕是小行星帶也是很安全的，真的是非常空曠呢。真實的情況就是科學家那幫人只要不讓旅行者撞上太陽系裡的行星就可以了，而行星的軌道是已經知道的，自然可以提前規劃探測器行進時軌道了。（一般而言，早在發射前軌道就已經規劃好了，發射後只需要精確執行就好）所以，十幾個小時的延時根本不是事～

4. 這一點已經在「3」中回答了我就不在說嘍（逃）

最後推薦一下NASA的deep space network https://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html

在這個網站里可以看到NASA衛星數據傳輸的具體信息（衛星型號距離信號頻率傳輸速度延時）

啊拖了一天終於搞定了還被催更了呢

樓主把人類想成上帝了，覺得無所不能，對於飛出太陽系的人造飛行器，人類對它的控制也是若即若離的狀態了，人類目前連砸到地球的小行星有時候都不知道，怎麼會能精確保證太陽系外一顆人造飛行器的安全？只能是聽天由命了。有時候就是這樣盡人事聽天命的。

36年前又不是黑暗時代，也不是原始社會，怎麼就不能有高科技，科技歷史在36年看來就是一瞬吧，36年前我覺得啥都有了，不過知識沒普及到民眾間而已，民間的經濟不發達不代表投入國家力量研發的科技不發達。

推薦書籍：《暗淡藍點》，裡面有很多關於旅行者號的技術、操控、應急處置的細節描述

只是飛出了行星帶吧？

這麼快的速度，怎麼沒想到在前面裝個風葉，搞風力發電呢？