飞行近半个世纪，旅行者一号距地球约230亿公里，如何保持通讯？

20世纪，人类经历了两次惨烈的世界大战，以及冷战的紧张氛围，这些事件推动了军事与太空技术的飞速进步。在这段人类航天事业的篇章中，两艘无人探测器——旅行者号，自20世纪70年代发射至今已逾半世纪，它们不仅在持续运作，更在不断挑战人类的探索极限。

目前，旅行者1号已经远离地球约230亿公里，成为人类最遥远的探测器。值得注意的是，旅行者号并非直线前行，而是在其航程中经历了多次轨道改变。于是，疑问浮现：科学家们是如何与如此遥远的探测器保持联系，并操控其轨迹的呢？

探索旅行者号的“能量之源”

以旅行者1号为例，它于1977年9月5日启程，其初始目标是探索太阳系内的木星、土星及其卫星。到了1980年，旅行者1号完成了主要任务，带回了关于木星、土星及其卫星的高清图像。而到了1990年，它又拜访了天王星与海王星，并在离地约64亿公里处为太阳系的行星拍下了全家福，其中地球仅占0.12个像素点。

由于水星与太阳太过接近，火星亮度又不足，对这两颗行星的拍摄未能实现。但其他行星均被纳入镜头，由科学家们制作成太阳系的全家福。

旅行者1号之所以能远行，并非依赖其初始的巨大速度，而是因为它达到了第三宇宙速度，这一速度让它得以摆脱太阳的引力束缚。

科学家们为旅行者号配备了由钚元素制成的三块放射性同位素热电机，这些电机成为旅行者号的动力之源。此外，探测器还携带有太阳能电池板。

正是依靠放射性同位素热电机和太阳能电池板，旅行者1号才得以为其上的十余种科研设备提供电力，包括通信系统。

在发射之后，旅行者1号利用了各行星的引力进行加速，这便是引力弹弓效应，让其最终达到第三宇宙速度。再加上太空的空旷，几乎是真空状态，旅行者号没有遭遇过多阻力，速度也未急剧下降，得以持续飞行。

解决了动力问题后，科学家们是如何与之保持通信和操控的呢？

揭秘通信之谜

要解答这一问题，我们需首先了解通信的基本原理：电磁波的传递。例如，我们之所以能看到物体，是因为物体发出或反射的光进入眼睛，经由神经系统传递信号给大脑。而光，正是一种电磁波。

操控旅行者1号并与其通信，实际上是通过电磁波的往返传递。科学家们将声音、文字、数据和图像信号转换为无线电信号，发送给旅行者1号，探测器上的解码程序解读这些信号，并以同样方式将信息反馈给地球。旅行者1号所使用的信号接收和发送设备，是直径3.7米的抛物面高增益天线。

然而，当旅行者1号将信号传回地球时，会面临接收问题的挑战。地球体积庞大，大气对电磁波信号有干扰，加之地球自转带来的移动，增加了信号接收难度。

为此，科学家们建立了深空探测通信网络——美国的深空测控网。地球表面的三个深空网络站，分别位于加州、马德里和堪培拉，负责信号的发送和接收。此外，特定的无线电频道也被用于通信，例如深空网络站发射信号为2.1 GHz，旅行者1号回传信号则使用2.3 GHz或8.4 GHz。

旅行者1号的通信系统依赖于放射性同位素热电机供电，尽管这些电机已经超出了最初的设计寿命，科学家们预估在2036年前，仍可为探测器提供足够的电力，维系与地球的联系。但2036年后，电量将耗尽，届时我们将与旅行者1号失去联系，而它将继续飞行，朝着银河中心进发。