旅行者1号飞行40年,地面如何控制远在209亿千米外的探测器?

作者&投稿:凌祝 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
目前,在太空中飞得最远的人造物体是旅行者1号,它于1977年由美国航空航天局(NASA)发射,并于2012年越过了太阳风层顶,成为历史上第一个进入星际介质的太空探测器。迄今为止,旅行者1号已经在太空中飞行了40年,目前距离我们大约140天文单位(209亿千米,19光时)。另一艘太空探测器“旅行者2号”也于1977年发射,直到现在仍然是造访过两大冰巨星(天王星和海王星)的唯一太空探测器。
还有其他的太空探测器已经到达或即将到达太阳系的“边界”,这是一个十分遥远的距离。由于目前发射的深空探测器都是无人驾驶,那么,它们在太空中如何知道该往哪里飞呢?如何不会撞上其他天体呢?
与遥远的太空探测器通信
如前所述,这些深空探测器一直在远离地球,现在与我们相距已经十分遥远。即便如此,我们也可以通过无线电波与这些太空探测器进行通信。无线电波是一种电磁辐射,其传播速度为光速。即便是以光速传播,信号从旅行者1号传到地球也需19个小时,将近一天的时间。同样地,地面的深空网络发送信号给旅行者1号也需19个小时。既然深空通信存在如此巨大的输入延迟,太空探测器是如何进行导航的呢?
太空几乎是空荡荡的
虽然太空中游荡着数量众多的小天体,但相对于浩瀚的宇宙空间是微不足道的,太空基本上是空荡荡的。太空探测器不大会从密集的小天体中穿过,也不会受到这些天体的引力影响。
太空探测器的飞行路线是可预测的
在发射探测器之前,科学家投入了大量的精力(几个月甚至几年的时间)来设计太空探测器的飞行路线。由于太阳系中大型天体的相对位置是已知的,通过精密计算可以确定太空探测器的飞行路线,使它们在飞行过程中几乎不会遇到任何意外。由于科学家确切知道太空探测器的飞行路线,所以他们可以提前预知探测器未来将会遇到哪些天体。还有一些未知的天体在距离探测器数千公里远的地方就会被探测到,所以地面人员有足够的时间重新调整探测器的航向。因此,即便信号延迟了19个小时,地面的深空网络还是能够引导旅行者1号在太空中飞行。当然,如果旅行者1号突然遭遇了不测,由于信号延迟,地面人员也无能为力。
旅行者1号的旅行日志:
1977年9月5日12点56分在美国卡纳维拉尔角空军基地出发,离开地球。
1977年12月赶上了率先一步离开地球的双胞胎兄弟"旅行者2号"。
1978年9月离开小行星带。
1979年3月近距离"拜访"木星,看到了木星背阳面的极光。
1980年11月近距离"探访"土星,发回万余幅彩色照片。
1989年向银河系中心方向前进。
2012年5月已到达太阳系边缘。
2012年12月正在太空"远征"的"旅行者1"号探测器仍未飞离太阳系。
2013年8月,NASA仍未确定旅行者1号是否飞出太阳系。
2013年9月,NASA通过新闻发布会正式确认旅行者1号进入恒星际空间,尚属于太阳系中。
2014年9月,美国国家航空航天局(NASA)召开新闻发布会,宣布37年前发射的"旅行者一号"探测器已经离开太阳系,正在飞向别的恒星。
旅行者1号飞行了40多年,目前地球上的任何一种电源装置都不堪胜任如此长的持续供电时间。或曰"装个太阳能电池"?为不为也,乃不能也!虽然在太阳系有太阳罩着,乃距离太远,太阳辐射及功率大为下降。供通讯,传输,接受指令所需的电源由钚原子电池作保障,此乃保障旅行者1号自身存活的“生命之源"!
美国依赖于其全球布点的深空测控网络。我们国家前几年发射的月球车,对38万km之外的嫦娥,那时要跟国外的测控网络国际间合作来测控我们的月球车。更何况已用光时计程的旅行者1号?
超超灵敏度的接收装置。为了保障旅行者l号的能源保证,现己休眠了多套设备。既便如此,传输到地球信号功率是10-n瓦。这得相当了得的技术功底。
所以我们国家发展量子通讯为啥?不言自明。
当旅行者1号飞离地球极限通讯距离光速,地球所放射的指令,要等若干时间后才能收到,幸好旅行者1号飞行速度不是很高,还在可控范围内,地球发射的指令,随时可调整校正飞行路线,若旅行者1号要达到光速,地球基地更本高无法控制了,因地球通讯指令与飞船速度一样,就根本追不上以飞行若干年遥远的飞船,除非地球基地通讯能超越光速的N多倍,在一定距离范围内可控制飞船,否则更本就无法控制遥远的飞船。我认为应该是用无线电信号来控制。旅行者1号现距离地球大约209亿公里,无线电信号从地球到达旅行者1号飞船大约需要19.6个小时左右。
也就是说,如果对旅行者1号发出指令要经过大约19.6个小时之后才能发挥作用。

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宇宙飞船是自己开还是地面控制,飞行员是不是不用控制飞船
答:宇宙飞船都是有自控和多种手控方式为主,飞行员可以通过飞船内的操作来控制飞船在轨姿态,当然一般都是自控,你说的地面控制,那只是发出指令罢了,真正控制飞船姿态的,是飞船的自动控制系统。

旅行者1号为何可以一直飞行,听说即便是上面的核电池用完了,也只是与地...
答:我来回答你!首先“旅行者1号”上的电池是两枚核电池(钚电池),能够保证它继续飞行至2025年。一旦电池耗尽,他们会停止工作(与地面失去联系),但将继续向银河系中心前进,再也回不来了。在太阳系中,它的飞行除了核电池动力外还依靠两次引力提速,而出了太阳系,便是星际飞行了,星际间的空间为...

旅行者1号探测器的飞行履历
答:虽然发射时间较2号为后,但它却被发射进较快的轨道之中,让它又比2号快一点到达木星及土星。最初,因为在泰坦3号E火箭燃烧过程的第二阶段里出现了约一秒钟的燃烧不足,使地面的工作人员曾担心会使太空船因此而不能到达木星。后来幸好证实了在半人马座的上层仍有足够的燃炓燃烧。 旅行者1号发射后,首次在1979年...

宇航员在太空是怎样与地面通信的?
答:在此次航天员出舱活动中,航天科技集团五院研制的测控通信产品、控制器产品成功应用于神舟十二号航天员出舱活动时的语音通信和机械臂控制工作。出舱通信子系统实现舱内外航天员之间、舱内外航天员与地面人员之间以及舱外航天员之间的全双工语音通信,在航天员舱外活动范围内实现无线通信全覆盖。与上一代出舱...

...已经离太阳180多亿公里了有人说靠无线电联系地面,有个疑惑在心中...
答:这是你吃盐太少的原因。远距离通讯,就不像我们日常用的通话器那样简单了。通话器工作特点一是信号发送不是数字信号而是模拟信号,这样传输距离就很受影响,所以通话器只能在较近距离内如5~10km使用;二通话器信号发送方向是各向的,能量不集中。你想啊,旅行者1号探测器在茫茫太空发送信号,都要经过...

...讲述飞行员被地面控制中心的程序控制 ,执行任务时候戴上眼罩能看到...
答:实际上这是一架最先进的AI智能计算机控制系统与最新型隐形战斗机的结合体。 满载排水量约10万吨的“亚伯拉罕·林肯”仍缓缓地在太平洋上航行着。精悍的飞行员们也依旧过着每日登机、滑跑、起飞、飞行、降落、打开减速伞等一系列繁琐而又简单,单调而又令人兴奋的工作。一个雷电交加的雨夜。结束飞行训练的...

有人说东方红一号电量已尽,却依然在轨飞行几十年,它是如何运行的?
答:东方红一号,是中国第一颗老天爷的人造地球卫星,设计方案净重为173Kg,关键目标是保证老天爷,大放送瑞泽富沃曲子,与此同时让路面上的人们可以见到该通讯卫星,具有推广和鼓足干劲的功效。现如今接近五十年的时间段过去,它依然还静静地在路轨上绕着宇宙运作,而且每过一段时间还会从中华民族空中掠过。...

飞船是怎样控制的?
答:万一火箭在将飞船运送到飞行轨道的过程中发生意外事故(例如,出现故障飞不动了,甚至可能发生爆炸),这时,飞船就要靠专门的逃逸救生系统逃离开危险地带,使航天员安全回到地面。在这个逃生的过程中,就要系GNC分系统来控制飞船的运动。飞船到达预定的绕地球飞行的轨道后,就与火箭分离了,此后飞船的飞行任务...

穿越星空的连接,地面如何与深空探测器保持联络?
答:任务飞行控制 根据探测任务,探测器需要从发射初始轨道经过一系列的变轨以达到目标轨道。任务中心根据任务设计的轨道要求计算出当前轨道到目标轨道的变轨控制量,并通过深空网注入探测器完成探测器的变轨任务。探测任务操作 地面任务控制中心根据探测器的当前状态和探测任务要求,编排一系列指令控制程序,并通过...