Monday, 5 August 2019

怎么把信息发回去太空离地球这么远,接收和发送信

我们将以旅行者号航天飞船为例解释这一问题:旅行者号航天飞船无疑有着惊人的光辉履历。它们被派去拍摄木星、土星和海王星等行星的照片,并继续前进穿越太阳系的边界。旅行者1号现在距地球约110亿公里,仍然在发送信号——信号从航天飞船传回地球约需要10个小时的时间!

旅行者号航天飞船使用功率为23瓦的电台发射信号(发射电磁波),相对来说,这是一个低功率的发射机。地球上的巨大的无线电基站的发射功率高达上万瓦,但信号却仍然很快就衰落了。

因此,接收信号的关键并不是电台的功率,而是另外三种因素的综合:

巨大的天线

彼此正对的定向天线

没有大量人为干扰频率

旅行者号航天飞船使用的天线是非常巨大的。您可能见过人们安装在屋顶上的大型碟式卫星天线。它们的直径一般为2到3米。旅行者号航天飞船的天线直径为3.7米,向地面上直径为34米的天线发射信号。旅行者号的天线和地面天线彼此正对。

另外,旅行者号卫星的发射频率在8GHz波段,在此波段中干扰不多。因此,地面上的天线使用灵敏度极高的放大器后,便可分辨它接收到的微弱信号。当地面天线向航天飞船返回信号时,它采用极高的功率(上万瓦)来保证航天飞船可以接收到该信号。

但尽管如此,随着宇宙飞船与地球之间的距离增大,信号的传输速度在逐渐降低,传输时间也在增长。以探索冥王星的新视野号为例,其传回的冥王星高清可谓是掀起了一阵天文风潮。但其实,新视野号在飞跃冥王星的同时还收集了大量的数据,这些数据现在已经开始传回地球了,数据包括高解像度的照片、光谱数据和大气数据等,这些宝贵的数据容量达数十GB,看起来好像不是那么多,但传送回地球的速度只有每秒1KB到4KB,这对宇宙飞船的探测与飞行造成了巨大的挑战。


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