人类如何遥控操作远离地球的太空探测器_服务器

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人类如何遥控操作远离地球的太空探测器_服务器

资料来源：网络整理时间：2023/3/7 17:01:43 共计：3593 浏览

人类如何遥控操作远离地球的太空探测器？

太空探测器远离地球几亿公里，人类还能操控，距离如此之远如何能遥控？

玩过遥控飞机的朋友都知道玩这行比较危险，其一是速度比较高，螺旋桨很锋利，万一伤到人可是大事！其二则可能会炸机，啥意思呢？就是信号不好或者操作不当，航模坠毁！

那些飞向太空的探测器，它们动辄在成百上千的近地轨道上，甚至远达数亿或者上百亿千米的距离，它们又是怎么保证不“炸机”的呢，万一失控又怎么抢救回来呢？

旅行者一号，深空测控通信是怎么保证的？

无线电通信的原理很简单，将声音文字、数据或者图像等信号调制在无线电波中，传输到远方，在通过解码的方式还原，这就成了我们所熟悉的无线电通信！最早的无线电噪音干扰很大，所以摩尔斯将字母用长短音编码的方式防止误码，接收后再按摩尔斯电码还原，其实这应该算是最早的数字通信！

数字通信

现在我们用的还是数字通信，只是频率和编码以及载波方式上有了很大的差别，数字通信用001100的方式来对抗干扰，因此现代通信中模拟通信已经非常少见，数字通信还有容量大的优点。

深空测控，光有编码优势是不够的

大家可能都听说过深空测控网，简单的说就是在地球各个点都建立通信网络，保证在任何时刻都有至少一座天线对着探测器，因为地球会自转，如果考虑到地平线以及大气层衰减的话，必须要三座天线才能保证赤道上360度覆盖，假如要保证南北半球的话，那么可能还要多布置几座或者优化布置位置！

美国的深空测控网

DSN（Deep Space Network）是NASA设置在美国（加洲）、西班牙（马德里）和澳大利亚（堪培拉）的深空测控网络，为NASA的星际航天器提供导航与航天通信服务，由于深空测控天线也可以作为射电望远镜使用，因此也担任射电天文学观测和太阳系内雷达行星天文学研究！

各国深空测控站点全球分布

在这些测控网中，直径30-40米的天线比比皆是，甚至最大有达到60-70米的深空天线！天线配置如下：

戈尔德斯通深空站：位于美国加州的莫哈维沙漠。运行中有1个70m天线、3个34m波束波导（BWG）天线，正在新建1个34m BWG天线。马德里深空站：位于西班牙首都马德里以西60km。目前在运行的有1个70m天线，1个34m高增益天线，2个34m波束波导天线，另有2个34m波束波导天线在建。堪培拉深空站：位于澳大利亚首都堪培拉西南40km。运行中有1个70m天线，3个34m波束波导天线，有1个34m波束波导天线在建。

在全球深空测控网中，美国的测控网络分布位置是最佳的，北半球两个，南半球一个，而且大致分布在120度的位置上，兼顾了南北半球，当然这也是美国在全球的实力表现，可以调动全球资源！

旅行者的通信天线

旅行者一号是人类发射的、距离地球最远的航天器，截止到今天为止，它已经飞行了大约150.268天文单位，大约225.4亿千米，通讯延迟时间大约为20小时52分钟！具体见下图：

旅行者一号和二号的相关信息

旅行者系列一开始就被设计用来飞向太阳系外，因此一个小小的探测器（825.5千克）上搭载了一个3.7米的高增益抛物面天线！

它是到1977发射时最大的星载通信天线。旅行者的通信系统受到水手号和海盗号探测器的影响，做了如下改动：

首次使用X频段而不是S频段作为主要的下行遥测链路；采用双输出功率的X频段TWTA，最大发射功率18W，设计用来减小质量、使效率最大化，且工作时间超过50000h

旅行者一号通常以2.3 GHz或8.4 GHz的频率在深空网络通道18中传输数据，而从地球到旅行者的信号则以2.1 GHz发送，但几个深空测控站对旅行者通信是有限制的，比如旅行者二号位于南天区，北半球的两个站点能跟踪，但无法通信链路，因此测控与数据下载主要由堪培拉的测控站来完成。而一号则刚好相反！

三个测控站的布局和组成

当然再牛逼的深空测控网对旅行者电池耗尽也无计可施，由于旅行者一号的核电池衰减，它已经无法支撑太多的仪器工作，到现在为止，旅行者一号就只能当个信标了，二号还可以下载些数据，比如日球层的相关信息。

旅行者搭载的设备工作状态

深空探测有“炸机”的案例吗？又是怎么抢救回来的？

深空测控失败的案例其实挺多，比如2016年3月14日发射的斯基亚帕雷利火星登陆器，在2016年11月19日登陆火星途中失去联系，不知下落！但“炸机”后被找回来的案例却不多，其中就有最为经典的丝川小行星登陆取样返回的“隼鸟一号”！

丝川小行星

隼鸟号是2003年5月9日发射的小行星探测器，2005年12月9日，在丝川小行星附近因燃料泄漏，姿态失控造成通讯中断（要保持联系，抛物高增益通信天线必须指向地球，全向天线增益太低，根本无法通信）。

隼鸟采样中

原本JAXA以为此次任务已经失败时，却从隼鸟号传来了信号，只是这个信号断断续续，JAXA分析隼鸟号探测器正在翻滚中，但有一段时间抛物面天线是指向地球的，因此根据这短短的时间，分析姿态，注入指令，将隼鸟号从翻滚的状态拯救了回来！

隼鸟号的离子发动机

由于隼鸟号任务多次波折，因此错过了第一次返回，隼鸟号只能等到在返回轨道下一次和地球相交时，终于在2010年6月13日成功返回地球，带回一丢丢肉眼无法见到的丝川小行星尘埃！

喜欢深空探测和离子发动机的朋友可以看看《隼鸟号》，这部电影尽管有些拖沓，但整体上来看还是不错的，仅当科学纪录片来看吧！

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