旅行者離地球百億公里，為何還能操控？距離那麼遠，還有信號嗎？

　　玩過遙控飛機的朋友都知道玩這行比較危險，其一是速度比較高，螺旋槳很鋒利，萬一傷到人可是大事！其二則可能會炸機，啥意思呢？就是信號不好或者操作不當，航模墜毀！

　　

　　那些飛向太空的探測器，它們動輒在成百上千的近地軌道上，甚至遠達數億或者上百億千米的距離，它們又是怎麼保證不「炸機」的呢，萬一失控又怎麼搶救回來呢？

　　旅行者一號，深空測控通信是怎麼保證的？

　　無線電通信的原理很簡單，將聲音文字、數據或者圖像等信號調製在無線電波中，傳輸到遠方，再通過解碼的方式還原，這就成了我們所熟悉的無線電通信！最早的無線電噪音干擾很大，所以摩爾斯將字母用長短音編碼的方式防止誤碼，接收后再按摩爾斯電碼還原，其實這應該算是最早的數字通信！

　　

　　數字通信

　　現在我們用的還是數字通信，只是頻率和編碼以及載波方式上有了很大的差別，數字通信用001100的方式來對抗干擾，因此現代通信中模擬通信已經非常少見，數字通信還有容量大的優點。

　　深空測控，光有編碼優勢是不夠的

　　大家可能都聽說過深空測控網，簡單的說就是在地球各個點都建立通信網路，保證在任何時刻都有至少一座天線對著探測器，因為地球會自轉，如果考慮到地平線以及大氣層衰減的話，必須要三座天線才能保證赤道上360度覆蓋，假如要保證南北半球的話，那麼可能還要多布置幾座或者優化布置位置！

　　

　　美國的深空測控網

　　DSN（Deep Space Network）是NASA設置在美國（加洲）、西班牙（馬德里）和澳大利亞（堪培拉）的深空測控網路，為NASA的星際航天器提供導航與航天通信服務，由於深空測控天線也可以作為射電望遠鏡使用，因此也擔任射電天文學觀測和太陽系內雷達行星天文學研究！

　　

　　各國深空測控站點全球分佈

　　在這些測控網中，直徑30-40米的天線比比皆是，甚至最大有達到60-70米的深空天線！天線配置如下：

　　戈爾德斯通深空站：位於美國加州的莫哈維沙漠。運行中有1個70m天線、3個34m波束波導（BWG）天線，正在新建1個34m BWG天線。

　　馬德里深空站：位於西班牙首都馬德里以西60km。目前在運行的有1個70m天線，1個34m高增益天線，2個34m波束波導天線，另有2個34m波束波導天線在建。

　　堪培拉深空站：位於澳大利亞首都堪培拉西南40km。運行中有1個70m天線，3個34m波束波導天線，有1個34m波束波導天線在建。

　　在全球深空測控網中，美國的測控網路分佈位置是最佳的，北半球兩個，南半球一個，而且大致分佈在120度的位置上，兼顧了南北半球，當然這也是美國在全球的實力表現，可以調動全球資源！

　　

　　旅行者的通信天線

　　旅行者一號是人類發射的、距離地球最遠的航天器，截止到今天為止，它已經飛行了大約150.268天文單位，大約225.4億千米，通訊延遲時間大約為20小時52分鐘！具體見下圖：

　　

　　旅行者一號和二號的相關信息

　　旅行者系列一開始就被設計用來飛向太陽系外，因此一個小小的探測器（825.5千克）上搭載了一個3.7米的高增益拋物面天線！

　　

　　它是到1977發射時最大的星載通信天線。旅行者的通信系統受到水手號和海盜號探測器的影響，做了如下改動：

　　首次使用X頻段而不是S頻段作為主要的下行遙測鏈路；

　　採用雙輸出功率的X頻段TWTA，最大發射功率18W，設計用來減小質量、使效率最大化，且工作時間超過50000h

　　旅行者一號通常以2.3 GHz或8.4 GHz的頻率在深空網路通道18中傳輸數據，而從地球到旅行者的信號則以2.1 GHz發送，但幾個深空測控站對旅行者通信是有限制的，比如旅行者二號位於南天區，北半球的兩個站點能跟蹤，但無法通信鏈路，因此測控與數據下載主要由堪培拉的測控站來完成。而一號則剛好相反！

　　

　　三個測控站的布局和組成

　　當然再牛逼的深空測控網對旅行者電池耗盡也無計可施，由於旅行者一號的核電池衰減，它已經無法支撐太多的儀器工作，到現在為止，旅行者一號就只能當個信標了，二號還可以下載些數據，比如日球層的相關信息。

　　

　　旅行者搭載的設備工作狀態

　　深空探測有「炸機」的案例嗎？又是怎麼搶救回來的？

　　深空測控失敗的案例其實挺多，比如2016年3月14日發射的斯基亞帕雷利火星登陸器，在2016年11月19日登陸火星途中失去聯繫，不知下落！但「炸機」后被找回來的案例卻不多，其中就有最為經典的四川小行星登陸取樣返回的「隼鳥一號」！

　　

　　絲川小行星

　　隼鳥號是2003年5月9日發射的小行星探測器，2005年12月9日，在絲川小行星附近因燃料泄漏，姿態失控造成通訊中斷（要保持聯繫，拋物高增益通信天線必須指向地球，全向天線增益太低，根本無法通信）。

　　

　　隼鳥採樣中

　　原本JAXA以為此次任務已經失敗時，卻從隼鳥號傳來了信號，只是這個信號斷斷續續，JAXA分析隼鳥號探測器正在翻滾中，但有一段時間拋物面天線是指向地球的，因此根據這短短的時間，分析姿態，注入指令，將隼鳥號從翻滾的狀態拯救了回來！

　　

　　隼鳥號的離子發動機

　　由於隼鳥號任務多次波折，因此錯過了第一次返回，隼鳥號只能等到在返回軌道下一次和地球相交時，終於在2010年6月13日成功返回地球，帶回一丟丟肉眼無法見到的四川小行星塵埃！

　　

　　

　　

　　喜歡深空探測和離子發動機的朋友可以看看《隼鳥號》，這部電影儘管有些拖沓，但整體上來看還是不錯的，僅當科學紀錄片來看吧！