旅行者1號飛行40年,地面如何控制遠在209億千米外的探測器?

天文 空間探測器 地球 NASA 火星一號 火星一號 2017-11-04

旅行者1號飛行40年,地面如何控制遠在209億千米外的探測器?

目前,在太空中飛得最遠的人造物體是旅行者1號,它於1977年由美國航空航天局(NASA)發射,並於2012年越過了太陽風層頂,成為歷史上第一個進入星際介質的太空探測器。迄今為止,旅行者1號已經在太空中飛行了40年,目前距離我們大約140天文單位(209億千米,19光時)。另一艘太空探測器“旅行者2號”也於1977年發射,直到現在仍然是造訪過兩大冰巨星(天王星和海王星)的唯一太空探測器。

還有其他的太空探測器已經到達或即將到達太陽系的“邊界”,這是一個十分遙遠的距離。由於目前發射的深空探測器都是無人駕駛,那麼,它們在太空中如何知道該往哪裡飛呢?如何不會撞上其他天體呢?

與遙遠的太空探測器通信

旅行者1號飛行40年,地面如何控制遠在209億千米外的探測器?

如前所述,這些深空探測器一直在遠離地球,現在與我們相距已經十分遙遠。即便如此,我們也可以通過無線電波與這些太空探測器進行通信。無線電波是一種電磁輻射,其傳播速度為光速。即便是以光速傳播,信號從旅行者1號傳到地球也需19個小時,將近一天的時間。同樣地,地面的深空網絡發送信號給旅行者1號也需19個小時。既然深空通信存在如此巨大的輸入延遲,太空探測器是如何進行導航的呢?

太空幾乎是空蕩蕩的

雖然太空中游蕩著數量眾多的小天體,但相對於浩瀚的宇宙空間是微不足道的,太空基本上是空蕩蕩的。太空探測器不大會從密集的小天體中穿過,也不會受到這些天體的引力影響。

太空探測器的飛行路線是可預測的

旅行者1號飛行40年,地面如何控制遠在209億千米外的探測器?

在發射探測器之前,科學家投入了大量的精力(幾個月甚至幾年的時間)來設計太空探測器的飛行路線。由於太陽系中大型天體的相對位置是已知的,通過精密計算可以確定太空探測器的飛行路線,使它們在飛行過程中幾乎不會遇到任何意外。由於科學家確切知道太空探測器的飛行路線,所以他們可以提前預知探測器未來將會遇到哪些天體。

還有一些未知的天體在距離探測器數千公里遠的地方就會被探測到,所以地面人員有足夠的時間重新調整探測器的航向。因此,即便信號延遲了19個小時,地面的深空網絡還是能夠引導旅行者1號在太空中飛行。當然,如果旅行者1號突然遭遇了不測,由於信號延遲,地面人員也無能為力。

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