旅行者1號是如何正確地把信號發送到數十億公里以外的地球上的？

05-29

於1977年離開地球的旅行者1號至今還是距離地球最遠的人造物體，它現在遠在216億公里之外，相當於地球和太陽距離的144倍。雖然旅行者1號無法利用太陽能供電，但其攜帶的核發電機一直工作至今，所以這個探測器還有電力與地球保持通信。不過，旅行者1號離地球非常遙遠，它是如何把信號傳送回地球上，而地球上的科學家又是如何把信號傳送給旅行者1號的呢？

旅行者1號和地球的通信基於無線電波，信號會以光速在空間中傳播。地球上想要接收到旅行者1號的有效信號非常困難，因為無線電信號的強度遵循距離的平方反比定律，這意味著信號經過長距離的傳播之後，其強度會大幅度減弱。

據估計，當旅行者1號發射的信號到達地球時，其強度只有發射時的100萬億億分之一。再加上旅行者1號的信號發射機的功率非常低，僅為20瓦左右，所以地球上所能接收到的信號極度微弱。

為了使得通信可以正常進行，在旅行者1號設計之初，科學家就特別對它的通信能力進行了增強。它的主體包含一個巨大的高增益天線，這是一個直徑可達3.7米的拋物面天線。同時，姿態控制系統使得天線可以一直對準地球。

在地球上，美國宇航局（NASA）還在全球三個地方建造了三座深空網路（DSN）測控站。有了強大的深空網路，科學家在地球上可以接收到旅行者1號傳回的無線電信號，也可以給旅行者1號發送指令。在2017年，NASA向旅行者1號發送指令，成功啟動了四個軌道修正推進器。

不過，旅行者1號把數據傳輸回地球的速率非常慢，每秒僅為160比特。而上行指令的速率更慢，只有下行速率的十分之一，即16比特/秒。

另外，由於距離非常遙遠，旅行者1號發射出的無線電波需要大約20小時才能傳播到地球上，反過來也是如此。再過幾年，耗盡電能的旅行者1號將會徹底失聯，它會作為人類無聲的信使不斷在星際空間中穿行。

未來將會飛出太陽系的旅行者1號攜帶著鍍金唱片，上面記載著人類和地球的信息，有些人對此表示擔憂。但這種擔心應該是多餘的，因為宇宙空間實在太大了，旅行者1號在宇宙中非常不起眼，它被宇宙中可能存在的外星文明發現的概率極低。

就算旅行者1號有威脅，但它的速度並不快，它還要經過上萬年的時間才會離開太陽系，所以人類在未來完全有能力把旅行者1號捕捉回來。但在大概率上，旅行者1號是不會回來了，它很有可能會像太陽以及其他恆星一樣，不斷環繞銀河系中心運動。

在NASA的官網上可以找到一個旅行者計劃的專屬頁面，點開之後就能看到旅行者一號和二號目前的實時位置以及距離，目前旅行者一號距離我們20光時4光分54光秒，旅行者二號距離我們16光時40光分35光秒。

旅行者一號的上的各種科學儀器以及通訊設備都是由三枚同位素核電池供電的，不過在42年後的今天旅行者一號已經關閉了絕大部分科學儀器，2017年11月28日NASA的科學家們成功成功喚醒了已沉睡37年的旅行者一號並為它修正了軌道，直到現在旅行者一號的各種數據仍然在NASA官網上隔著20光時不斷更新。

216億千米之外的旅行者一號和今天的我們一樣也是使用電磁波來互相聯繫的，不過NASA的科學家們在設計旅行者一號時就為它裝上了高增益天線並賦予了它自動對準地球的功能，這樣一來旅行者一號發射的電磁波在飛行20多光時後就能被NASA設在地球上的深空網路所接收到。

旅行者一號和地球的通訊本質上就是高增益天線發射的電磁波被地球上的深空網路系統所接收到這麼一個過程。

雖然目前我們還能接收到旅行者一號的數據，但是2025年所有旅行者一號的三枚同位素電池就會完全枯竭，到時候旅行者一號就徹底成了一個渺無音訊的流浪者，直到宇宙中可能存在的外星人或者未來的人類文明把它重新捕獲。

以下10個原因使得地球可以接收來自旅行者1號的信號：

探測器儀錶板上的大部分儀錶都被關閉了，以節省電量；

探測器有一個陀螺儀，該陀螺儀是一直朝向地球的；

探測器所發送的信號帶寬非常窄，可以過濾掉外部信號源，減少干擾；

信號的傳輸頻率比較高，跟廣播、電視、GPS、手機等其他常用儀器的傳輸頻率不一樣；

探測器採用的是數字信號傳輸，可以進行糾錯，添加控制位，以便了解傳輸過程中是否發生了錯誤、發生在哪裡；

為了簡化接收，信號傳輸速度非常慢，每秒只有160位；

太空中有一系列巨大的碟形天線，即美國國家航空航天局建立的深空網路，該網路專門用於獲取最忠實的信號表示；

人們發現在檢索不可恢復的位時，信號雜訊更大的位會反轉，直到糾錯成功；

雖然美國已經削減了旅行者1號的開支，但仍然在投入資金。該探測器現在使用的還是上世紀七十年代的舊技術，但仍然在正常運轉，能夠保證與地球的通信；

如今已經81歲的愛德華·C·斯通等科學家仍在負責該探測器的運行，一些工程師仍在編寫旅行者1號使用的定製彙編器的代碼。

答：旅行者一號和地球間的無線電的通訊，用了許多特殊的技術。

旅行者1號從1977年發射，距今已有40多年，現在距離地球0.002光年，與地球之間的通訊時差約17.5小時。

而且它的信號發射功率，只有20多瓦，所以旅行者1號和地球間的通訊，與其他探索飛船有著不一樣的地方。

1、旅行者1號上，有個精密的陀螺儀，始終對著地球；基於角動量守恆原理，該陀螺儀能保證旅行者1號在茫茫的深空中，不會遺失地球目標。

2、旅行者1號飛船重815千克，天線直徑就有3.7米，相比其他飛船的天線算大的。

3、為了保證足夠的帶寬，飛船與地球間的通訊頻率高達為8GHz，該波段干擾少，能有效降低地面接信息的雜訊。

4、與地面間的通訊效率非常低，飛船傳回的信息流還不到每秒1kb，如果算上冗餘的糾錯碼，傳送一張1M的照片，需要好幾個小時。

5、地球上接受旅行者1號的高增益天線，直徑達70米；在給旅行者1號發送信息時，發射功率高達上萬千瓦。

……

以上幾點，都是保證旅行者1號，能和地球之間有效通訊的重要措施。

旅行者1號給地球發射信息，相當於在190億千米外，觀察一顆普通的檯燈光線。

在2013年，旅行者1號到達了太陽的日球層，由於自身核能電池的能量快耗盡，現經關閉大量儀器，預計2020年後，將關閉所有科學儀器。

然後旅行者1號以每秒17公里的速度，朝著銀河系中心方向飛去，大約會在7.3萬年後，經過半人馬座比鄰星。

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第一在理論上來講無線電波在真空狀態下是沒有損耗的，即使太空有各種粒子或者其他一些不確定因素影響無線點的傳播也是微乎其微的，也就是說只要有功率輸出就能接收得到，功率大小只是解決接受的清楚和不清楚的問題，當然旅行者上面的發射機功率並不大只有十幾瓦的樣子比我們用的對講機大些但遠比不了車載電台或者基地電台，這倒不是因為它的功率放大級做不了那麼大，只是因為沒有必要做的那麼大，就算星上發射功率一千瓦，回到地球還是這個屌樣子，比二十幾瓦好不到那裡去，功率不做大還有一個最重要的原因就是星上的核電池不支持發射機的功耗，在沒有太陽光的日子裡，電能變得非常重要了，因為星上還有一個用電大戶，那就是裡面的空調系統，在零下二百多度的空間里沒有空調的話裡面的電子器件分分鐘就玩完

第二下行的信號很弱就得用增益超大的天線，就是我們平常說的大鍋，幾十米的直徑一個，若干個還能組成天線陣列來增加系統的增益，在地面有的是空間和電力，可以把接收系統做的很牛逼，可以努力降低頻率震蕩的相位雜訊，也可以利用低溫來實現器件的低雜訊，還能利用更低的溫度在關鍵借點實現超導，用盡種種辦法來降低系統的雜訊，雜訊下去了，信噪比就上來了。

第三降低發信機發信的速率，很慢的一個位元組一個位元組發送，我們地球人有的是時間，磨刀不誤砍柴功，速度慢些也比下來一大堆亂碼要好得多，再說這發射機和數字調製系統還是幾十年前的東東，你想快都快不了，星上的RAM讀取時間也不會很快，調的快點容易死機。估計星上的內存應該是有壞的經過優化後湊合著用呢，轉發器上面的功率放大系統應該也不止一套，估計也是在用備份得了。

首先，＂旅行者1號＂宇宙飛行器已經基本上和地球失去了聯繫。退一步說，即使＂旅行者1號＂和地球沒有失去聯繫，它現在和地球的距離也不是數十億公里。

大家都知道，美國的＂旅行者1號＂宇宙飛行器於1977年9月5日發射，1990年2月14日就已經飛到了冥王星橢圓形軌道範圍的最遠端，那時它距離地球的距離就已經是64億公里了。

現在，時間又過去了27年，如果＂旅行者1號＂還沒有被撞毀而仍在飛行，那麼它在理論上也應該是處於距離地球200億公里左右的地方。

在這個距離上，地球人類發送一個指令就需要將近二十個小時的時間才能被＂旅行者1號＂接收到。在不考慮宇宙飛行器是否需要執行時間的情況下，單單一問一答就需要近四十個小時的傳輸時間。

就事論事，目前的地球人類接收如此微弱信號的通訊能力還是非常薄弱的。

對於旅行者1號我記憶猶新的是--旅行者1號在1990年2月14日情人節這天在距離太陽43個天文單位黃道夾角約32度位置上拍攝了唯一也是迄今為止唯一一張太陽系全家福照片。

茫茫宇宙，滄海一粟，我們所在的地球還不及一個像素大小（圖為當時處理放大後而得）

當時新聞發布會由卡爾·薩根主持，有機會大家可看一下那段視頻（我頭條里就有）

這裡有一個專業辭彙，叫迴轉儀，太空愛好迷更願意叫它陀螺儀。

迴轉儀有個特殊的能力，它能永遠保持初始給它的平衡，無論底座怎麼旋轉轉彎還是高速加速，中間軸的方向都不會改變，原理很簡單，因為儘管底座隨著飛船運動，但是底座受到的外力矩始終為零，根據動量矩守恆，動量矩的大小和軸的方向保持不變，所以如果初始讓他面向一個方向，這個軸將永遠面對一個方向，忠貞不二。

迴轉儀廣泛用於導航定位系統，有了它，飛船無論距離地球多遠，都能將光電磁信號準確發回地球。至於怎麼地球怎麼接收信號，就不說了。

人類唯一一個人造科技已經遠離我們而去，40年對於宇宙來說，也許是一瞬間，但是對於地球來說，遠去的40年不可追回，「旅行者一號」的步伐已經超越了人類所邁出的極限，她就是一個孤獨的旅行者和探索者，她群認知的宇宙只有她知道，她想告訴人類她一路上的「風景」，但是人類已經不可能在從她那裡得到任何的信息，人類的科技只局限於自己的太陽系！為什麼人類不在繼續發射後續的「旅行者」了呢？完全可以像放風箏一樣，繩子不夠長了可以在接一卷啊！繼續發射同頻率的「旅行者」踏著一號的足記繼續飛行，讓後續的旅行者接收一號所發出的信號，然後加大功率在發射給後續的旅行者，最後傳到地球在進行分析和研究，畢竟一號所邁出的距離是人類未知的世界，這段距離是靠時間一點點磨鍊出來的，就這樣放任自流，不是太可惜了嗎？現在的科技更發達，後續的旅行者可以多安裝一些感知設備，接收前面信息的同時，自己在收集一些另外的資料，動力不行可以做成核動力的，宇宙中沒有阻力，在達到理想速度的時候關閉動力設施，靠核反應能量供應接收和發射設備就行！

　　人類利用暗物質的表面力場共振機理，進行幾億公里的遠程控制技術，首次被成功應用在從1972年開始的Pioneer 10，設計是讓它直接飛出八大行星外，帶著人類及太陽系的信息去翱翔，它居然奇蹟般的穿越了火星與木星的地雷區，這可是密度極高的小行星群，真不知美國的科技是如何辦到的。但是，它最終的命運恐怕還是難逃歐特雲（Oort cloud）的摧毀，沒能成功的完全飛出太陽系外，因為太陽系是一層比一層的防護網更可怕，而它在抵達太陽系的邊際上曾經在1992年異常的偏向旋轉了二十五日，全球的頂尖科學家都在尋找原因，一直被認為邊際上有一顆「暗行星」，但是美國緊急將一切列入了機密。Pioneer 11更從地球上成功的遙控利用木星的引力共振進入各衛星軌道進行拍照，最後脫離木星強大的引力而再進入土星的各衛星軌道中去拍照，這是很驚人的科學成就，是充分掌握到遠程共振，多項暗物質共振的尖端電磁波技術，在四十年前的美國軍方成功的體現，比登月的成就還要更高也更複雜。時至今日的美國軍方，可以成功遙控八大行星內的任何一個點上的機器人，範圍大約在一百億公里遠都不是問題。現在的問題反而是可以輕鬆遙控幾十億公里遠的機器人，可是傳回來的信號已經接收不到，這是很諷刺的一件事，而美國軍方則是加蓋了好幾百座無線電塔裝置，是不為人知的科技。就個人所知，美國軍方在這一項技術上，一次設置了七百多座無線電塔裝置，包含了北極及南極都有設置，佔地相當的廣大，這不是普通科技。

　　前蘇聯對暗物質的表面力場共振機理技術非常的不穩定，所以發射到火星的幾次實驗都失敗，很多衛星飛離地球一段距離後就失去了控制，有些是辛苦的飛到火星軌道附近，結果一股腦兒在火星的大氣層墜毀，原因是突然不受到控制，也就是失去共振的線性掌握，信號無從再持續的運送，而這些損失是無從估算的，是很大的挫敗。至於前蘇聯的尖端技術，縱然把機器人丟到火星表面上，也無從控制，因為驅動信號無法穿透入火星的大氣層進行控制，這項穿透大氣層的技術目前只有美國軍方掌握到，而且至少已經四十年，是不為人知的高級技術，世界上恐怕沒有幾個人了解這項技術。

　　十億光年的影像之所以能傳到你的眼睛上，中間存在無數的遮蔽物質卻不受到障礙，能量卻不損失，主因是依靠暗物質產生的力場共振，從而不受到任何物質的阻擋，即傳統古老科學上所言的繞射。美國軍方研究力場的共振已經七十多年，目前應用在人造地震，及其它星體的共振與偵測，但是中國還沒有任何的進行，因為沒有可學習方向，也沒有這方面的人才，只有極少數軍方人士去俄羅斯參與學習。

　　波的前進是直接通過原子核表面力場的密度與大小去決定加速度，表面力場持續被繼承並放大，就是加速度，假使沒有放大或縮小，就是固定速度。如同可以穿透地球的粒子，可穿透銀河系的粒子，以及可穿透無數物質來到你眼睛上的十億光年影像，就是因為各種暗物質的力場都無法起到作用，造成能量不損耗，但是僅止於目前所知，未必是真的可以無限翱翔。但是光線及電磁波都會明顯受到損耗，不是這類的粒子。傳統科學在一百五十年前稱之介質密度決定加速度，問題是中國人現在才開始學習一百五十年前的科學，而且普遍在研究所及博士論文中還可以窺見，這是非常悲哀的情況。光線對大多數原子核的表面力場破壞性極低，甚至沒有被破壞，沒有辦法達成表面力場的的持續被放大，所以觀察不到光的加速度，聲音也是相同的道理，但是仍有加速度。光的介質一般稱之以太，種類有多少目前未知。而以太說詞在中國可能會被斗臭，實際上在西方尖端科學，不但沒有人認為有問題，並且確定就是如此，而且是基本的，因為暗物質的種類有非常多，以太只是其中一種而已。

　　表面力場的繼承就好比是交流電送的遠，是因為表面力場持續被繼承並放大，直流電則否，而這些傳導的功率及速度等等，都與原子核的表面力場有關，不同元素的效果也因此不同，而不同的暗物質，繼承的效果也不同。

　　目前最強的電磁波信號，只可以傳送二百億公里遠，就一定會被暗物質的表面力場消耗完畢，一般超過海王星就收不到信號，所以飛到海王星後的衛星就失去了聯繫，但是從地球上可以利用暗物質的力場共振去對二百億公里遠的衛星進行追蹤，只是無從單向收到信號，而是要主動發出信號去進行共振並取得數據回傳，這是極其驚人的技術。美國在1977年發射「旅行者一號」已經飛到一百五十億公里遠，尚未飛出太陽系，位置應該已經飛到了日鞘（Heliosheath），而一切突然都變成了機密，美國對外開始發布假造的錯誤信息，因為可能有了重大的發現，所以從2005年各國的觀測站及各通訊組織都全面動員並積極的在攔截信號，但是信號太微弱，至多只能知道位置，縱然成功攔截並放大連續信號，也不可能被解讀，因為都加密過的。而「旅行者一號」傳回的信號損失到只有一般手錶電池的三百億分之一，但是美國利用了暗物質與不為人知的諧振與共振技術，將信號瞬間放大成千億倍，成功的接收並分析數據，這是美國的真正科技，一點都假不了。

　　「旅行者一號」最重要的回報數據是關於太陽系外的情況，畢竟望遠鏡看到的銀河系及宇宙，很可能只是來自太陽系邊界的蟲洞口射入。因為太陽系的邊際有日球層頂（Heliopause），連最強大的太陽風都被莫名其妙的阻擋在此處，換言之，邊際是太陽系的防護罩，所以「旅行者一號」如果能順利飛出去，才有機會運用暗物質的力場共振技術進行追蹤偵測，並且要設法取得太陽系外的影像，但是美國可能會公布假數據，因為一切已經列入機密，所以各國紛紛在自行追蹤。