深空网络最多能控制多少探测器 (深空探测器美国旅行者一号)

旅行者1号,从1977年9月5日升空的那一刻起,距今已经在宇宙深空中持续航行了40多年,它不是人类发射最早的探测器,却是目前人类在深空探索领域,它飞得最快,也是飞行最远的探测器,其飞行速度达到17公里/秒,至今为止,飞行距离地球大约225公里

美国深空网络系统,美国深空网络旅行者一号

旅行者1号探测器在宇宙深空中

在很长一段时间内,旅行者1号作为深空探测器,它的这些记录恐怕都无人能破,虽然在几十年后的2006年,NASA也发射一款动力强劲,富含人类科技的最新一款探测器“新视野号”,但其速度也才14.5公里/秒,不要说破旅行者1号的记录了,就是想追上都不可能,差距也只会越拉越大。

时至今日,旅行者1号虽然超龄,但依然在工作,并且持续在向地球发送信号,直到2025年由于电池电量耗光而停止工作,225亿公里的距离,即使光速,也将近耗费一天的时间才能达到(光一天24小时大约前行259.2亿公里),就是在这么远的距离上,NASA依然能够对旅行1号发送指令,并且接受旅行者1号发回的数据。

美国深空网络系统,美国深空网络旅行者一号

深空网络的天线接收极其微弱的信号

在地球上,利用大功率的天线向旅行者1号发送指令,还是有些国家能够办到,但是接收仅23瓦,经过225亿公里衰减只要一亿亿分之一瓦的数据信号,却不是每个国家都能办到。接收后再把如此微弱的信号扩大还原成为可读取的数据,这项技术目前除了美国,就别无二家了,这个就是被美国构建的深空网络系统。

在构建深空网络的时候,考虑到地球是圆的,并且每24小时左右要自转一圈,所以就把地球以120°夹角分成三个监控片区,这样的话,无论地球如何自转动,始终会有一面与深空探测器建立联系。

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美国深空网络片区示意图

这三个片区建立的天线群,分别位于:美国本土加州戈德斯通、澳大利亚堪培拉、西班牙马德里,但是为了数据汇总和同步协调,在这三个天线群外,美国又组建了统一协调管理的操作中心,相当 它是深空网络系统的一颗大脑。这个大脑所处的位置位于美国加州帕萨迪纳的喷气推进实验室。

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深空网络系统的核心大脑所在

每个点位有一个70米直径的主天线和数个直径34米功能不同的天线组成,而有这些天线还不够,至少要满足三个条件:

1、干扰

随着现在电子产品的数量增加,以及地面基站数量的增加,造成的信号污染也越来越严重,而这种信号污染对信号灵敏度极高的深网天线来说很致命,所以选择的地点大多是人迹罕见信号源少的地方

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位于马德里的深空网络天线群

2、天线灵敏度

宇宙空间中充满了噪音,各种恒星级的宇宙事件,每天都在宇宙空间里上演,相对于恒星级能量,仅23瓦的旅行者1号经过223亿公里传回地球的信号,可以说已经极其微弱了,如果天线灵敏度不够高,那么很可能被当成宇宙噪音而处理掉了。所以天线的灵敏度也是深空网络技术的核心所在

3、角度

想要两者进行通信,必须保证地面的监控天线与旅行者1号的发送天线处于一条直线上,所谓“差之毫厘,谬以千里”,在225亿公里的长度下,哪怕旅行者1号摆动极小的幅度,那么信号就不知道飘到哪个位置去了。在行星引力对探测器构成影响的时候,及时的调整探测器姿态。君不见多少探测器在变轨的时候变没了,不是真的没了,它一直还在,只是你发的信号它不听,它发的信号你听不见。所以要在探测器在远距离的行进的过程中,及时对它的姿态做出预判和调整,这个不是所有国家都会。

美国深空网络系统,美国深空网络旅行者一号

深空网络技术是未来星际任务必不可少的利器

另外由于深空网络系统的灵敏度极高,除了对探测器进行指挥这种常规操作外,它还担负着探测“那个啥!”的使命,经常有天文学家埋怨,它们公布出来的数据都是经过处理,不完成的,重要的数据都被他们隐藏起来了。

目前可喜的是我国也在构建深空网络系统,当然了由于在这一块起步较晚,跟美国的深空网络技术比起来还有很大的差距,它作为未来星际探测任务一把利器,是必不可少的存在,没有它一切都免谈,它虽然不显名,但是跟登月这种大事件比起来,在技术上不遑多让。

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