旅行者离地球几亿公里，为何还能操控？距离那么远，还有信号吗？
太空探测器远离地球几亿公里，人类却还能遥控它，这不得不提到电磁波，众所周知，电磁波通常用来作为信号的传输之物，而它的速度也是极其之快的，甚至可以与光的速度相提并论，那有人也发出了质疑，难道它就不会消失吗？那这就不得不提及太空的真空条件，正是因为太空是一种真空条件，才让得它的传播几乎不会受到影响，从而很好的遥控几亿公里之外的探测器，不过，虽然能够遥控，不过由于电磁波的传播需要时间，因此，这个遥控是存在延迟的。
人类想要探索宇宙的真谛，就不得不提及探测器，虽然人类研究出来的探测器水平还有待提高，不过它们也为人类探测宇宙奥秘带来了巨大的帮助。就以美国旅行者为例，它配备了一个含有三种同位素放射性元素的核电池。作为电源，供电能力将以每年4瓦的速度下降。理论上，它可以持续到2025年。这就保证了探测器可以连续传输信号，功率约为几十瓦，与冰箱、灯泡功率差别不大。陀螺仪会向向地球发射高无线电功率方向的无线电信号，也足以将无线电信号发射给地球目标，因为太空是处于真空状态的。
随着科技的不断发展，探测器的水平也在逐渐提高，为了准确向探测器发送大量的地球指令，以及探测数据和图像到地面，则需要解决数据传输速率低、传输距离远的问题。而解决方案是在探测器上采用数据压缩、抗干扰、相干接收等技术，尽可能增大无线电发射机的发射功率和天线直径，在地球上许多地方设立配备巨型抛物面天线的测控站或测量船等。
总的来说，探测器之所以能够接收到人类发出的指令，这是多种仪器共同工作的协同结果。
因为太空探测器采用了先进的通讯技术，所以太空探测器远离地球几亿公里，人类还能操控。
玩过遥控飞机的朋友都知道玩这行比较危险，其一是速度比较高，螺旋桨很锋利，万一伤到人可是大事！其二则可能会炸机，啥意思呢？就是信号不好或者操作不当，航模坠毁！
那些飞向太空的探测器，它们动辄在成百上千的近地轨道上，甚至远达数亿或者上百亿千米的距离，它们又是怎么保证不“炸机”的呢，万一失控又怎么抢救回来呢？
旅行者一号，深空测控通信是怎么保证的？
无线电通信的原理很简单，将声音文字、数据或者图像等信号调制在无线电波中，传输到远方，在通过解码的方式还原，这就成了我们所熟悉的无线电通信！最早的无线电噪音干扰很大，所以摩尔斯将字母用长短音编码的方式防止误码，接收后再按摩尔斯电码还原，其实这应该算是最早的数字通信！
数字通信
现在我们用的还是数字通信，只是频率和编码以及载波方式上有了很大的差别，数字通信用001100的方式来对抗干扰，因此现代通信中模拟通信已经非常少见，数字通信还有容量大的优点。
深空测控，光有编码优势是不够的
大家可能都听说过深空测控网，简单的说就是在地球各个点都建立通信网络，保证在任何时刻都有至少一座天线对着探测器，因为地球会自转，如果考虑到地平线以及大气层衰减的话，必须要三座天线才能保证赤道上360度覆盖，假如要保证南北半球的话，那么可能还要多布置几座或者优化布置位置！
美国的深空测控网
DSN（Deep Space Network）是NASA设置在美国（加洲）、西班牙（马德里）和澳大利亚（堪培拉）的深空测控网络，为NASA的星际航天器提供导航与航天通信服务，由于深空测控天线也可以作为射电望远镜使用，因此也担任射电天文学观测和太阳系内雷达行星天文学研究！
各国深空测控站点全球分布
在这些测控网中，直径30-40米的天线比比皆是，甚至最大有达到60-70米的深空天线！天线配置如下：
- 戈尔德斯通深空站：位于美国加州的莫哈维沙漠。运行中有1个70m天线、3个34m波束波导（BWG）天线，正在新建1个34m BWG天线。
- 马德里深空站：位于西班牙首都马德里以西60km。目前在运行的有1个70m天线，1个34m高增益天线，2个34m波束波导天线，另有2个34m波束波导天线在建。
- 堪培拉深空站：位于澳大利亚首都堪培拉西南40km。运行中有1个70m天线，3个34m波束波导天线，有1个34m波束波导天线在建。
在全球深空测控网中，美国的测控网络分布位置是最佳的，北半球两个，南半球一个，而且大致分布在120度的位置上，兼顾了南北半球，当然这也是美国在全球的实力表现，可以调动全球资源！
旅行者的通信天线
旅行者一号是人类发射的、距离地球最远的航天器，截止到今天为止，它已经飞行了大约150.268天文单位，大约225.4亿千米，通讯延迟时间大约为20小时52分钟！具体见下图：
旅行者一号和二号的相关信息
旅行者系列一开始就被设计用来飞向太阳系外，因此一个小小的探测器（825.5千克）上搭载了一个3.7米的高增益抛物面天线！
它是到1977发射时最大的星载通信天线。旅行者的通信系统受到水手号和海盗号探测器的影响，做了如下改动：
- 首次使用X频段而不是S频段作为主要的下行遥测链路；
- 采用双输出功率的X频段TWTA，最大发射功率18W，设计用来减小质量、使效率最大化，且工作时间超过50000h
旅行者一号通常以2.3 GHz或8.4 GHz的频率在深空网络通道18中传输数据，而从地球到旅行者的信号则以2.1 GHz发送，但几个深空测控站对旅行者通信是有限制的，比如旅行者二号位于南天区，北半球的两个站点能跟踪，但无法通信链路，因此测控与数据下载主要由堪培拉的测控站来完成。而一号则刚好相反！
三个测控站的布局和组成
当然再牛逼的深空测控网对旅行者电池耗尽也无计可施，由于旅行者一号的核电池衰减，它已经无法支撑太多的仪器工作，到现在为止，旅行者一号就只能当个信标了，二号还可以下载些数据，比如日球层的相关信息。
旅行者搭载的设备工作状态
深空探测有“炸机”的案例吗？又是怎么抢救回来的？
深空测控失败的案例其实挺多，比如2016年3月14日发射的斯基亚帕雷利火星登陆器，在2016年11月19日登陆火星途中失去联系，不知下落！但“炸机”后被找回来的案例却不多，其中就有最为经典的丝川小行星登陆取样返回的“隼鸟一号”！
丝川小行星
隼鸟号是2003年5月9日发射的小行星探测器，2005年12月9日，在丝川小行星附近因燃料泄漏，姿态失控造成通讯中断（要保持联系，抛物高增益通信天线必须指向地球，全向天线增益太低，根本无法通信）。
隼鸟采样中
原本JAXA以为此次任务已经失败时，却从隼鸟号传来了信号，只是这个信号断断续续，JAXA分析隼鸟号探测器正在翻滚中，但有一段时间抛物面天线是指向地球的，因此根据这短短的时间，分析姿态，注入指令，将隼鸟号从翻滚的状态拯救了回来！
隼鸟号的离子发动机
由于隼鸟号任务多次波折，因此错过了第一次返回，隼鸟号只能等到在返回轨道下一次和地球相交时，终于在2010年6月13日成功返回地球，带回一丢丢肉眼无法见到的丝川小行星尘埃！
喜欢深空探测和离子发动机的朋友可以看看《隼鸟号》，这部电影尽管有些拖沓，但整体上来看还是不错的，仅当科学纪录片来看吧！
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荆涛杏灵：[答案] 脱离地球引力范围所需的最小速度,称为第二宇宙速度,为11.2公里/秒. 脱离太阳系引力范围所需的最小速度,称为第三宇宙速度,为16.7公里/秒. 旅行者1号目前的速度是66.7公里/秒,已远远超出第三宇宙速度,离开太阳系后依靠惯性飞向一望无际...
镇赉县15297955545： 旅行者1号 怎样保持电子设备在40年中超低温状态下一直正常运行 - ？
荆涛杏灵： 旅行者探测器1号是在1977年发射升空的,到现在也已经有41年之久了,这架探测器的重量也只有815KG,出发的时候携带了地球上人类对它的美好祝愿和憧憬,他同时担负了寻找和联络外星智慧文明生物的任务,这个探测器上有一张唱片,里...
镇赉县15297955545： 旅行者1号那么远了,信号怎么还能收到?？
荆涛杏灵： 因为这些电波信号、光波等在真空中是不会衰减的,所以根本不用顾虑功率的问题.
镇赉县15297955545： 地球上的人怎么控制旅行者1.2号探测器??? - ？
荆涛杏灵： 我认为应该是用无线电信号来控制.旅行者2号现距离地球大约180亿公里,无线电信号从地球到达旅行者2号飞船大约需要17个小时左右.也就是说,如果对旅行者2号发出指令要经过大约17个小时之后才能发挥作用.
镇赉县15297955545： 为什么旅行者1号会越飞越远? - ？
荆涛杏灵： 脱离地球引力范围所需的最小速度,称为第二宇宙速度,为11.2公里/秒.脱离太阳系引力范围所需的最小速度,称为第三宇宙速度,为16.7公里/秒.旅行者1号目前的速度是66.7公里/秒,已远远超出第三宇宙速度,离开太阳系后依靠惯性飞向一望无际的星际空间,地球的引力早就束缚不了它了.它的钚电池寿命下面网友的描述是对的,失去动力后,就不能发射信号了,地面更是无法遥控.它将与太空中一块冰冷的石头无异,虽然携带了记录人类文明信息的镀金唱盘,但被其他文明发现的几率几乎为0.
镇赉县15297955545： 旅行者1号那么远了,信号怎么还能收到?旅行者1号现在离地球182亿公里,已经快出太阳系了,光速传回来也要17小时,那么远的信号地球上怎么还能收到... - ？
荆涛杏灵：[答案] 因为这些电波信号、光波等在真空中是不会衰减的,所以根本不用顾虑功率的问题.
镇赉县15297955545： 旅行者1号飞出太阳系了还能给地球发信号吗? - ？
荆涛杏灵： 旅行者1号于1977年9月5日发射,到目前为止仍然正常工作.目前正处于离太阳约180亿公里之外,沿双曲线轨道运行,并已达到第三宇宙速度.以现在的位置看,它发出的信号大约需要17小时才能抵达地球,它上面携带的两块钚电池,据说能保证它继续工作至2025年,目前认为它们在2020年之前,仍然可提供足够的电力发回信号,探测器上的部分仪器目前仍然正常运行.今年6月份NSAS证实,旅行者1号已在太阳系边缘,虽然它并没有朝任何特定的星座前进,但在约4万年后,它会以1.6光年的距离经过蛇夫座的AC+79 3888恒星.这个恒星大体上讲正以每秒119公里的速度朝我们的太阳系移动.
镇赉县15297955545： 旅行者1号现在人类还能控制它吗? - ？
荆涛杏灵： 截止2019年8月4日,人类还能控制.旅行者1号原先的主要目标,是探测木星与土星及其卫星与土星环.任务现已变为探测太阳风顶,以及对太阳风进行粒子测量.两艘旅行者号探测器,都是以三块放射性同位素温差发电机作为动力来源.这些...
镇赉县15297955545： 旅行者号到底怎么把信号发送给地球上的 - ？
荆涛杏灵： 一 在理论上来讲无线电波在真空状态下是没有损耗的,即使太空有各种粒子或者其他一些不确定因素影响无线点的传播也是微乎其微的,也就是说只要有功率输出就能接收得到,功率大小只是解决接受的清楚和不清楚的问题,当然旅行者上面的...
镇赉县15297955545： 旅行者1号离开太阳系是靠什么作为动力的 - ？
荆涛杏灵： 它是靠太阳光能,当然最主要的还是它通过行星的引力加速,调整轨道利用行星的重引力范围线,一个是拜托其行星的引力,另一个是利用那个行星的引力来获得加速度,目前它的速度是子弹的20倍,正在靠近冥王星…
