旅行者1号Voyager1 离地球200多亿公里，如何与地球人通信？

comeone

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& P5 f; \, ~3 m旅行者1号(英语:Voyager 1)是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器。 重815千克，于1977年9月5日发射，截止到2018年11月仍然正常运作。它曾到访过木星及土星，是提供了其卫星高解像清晰照片的第一艘航天器。它的主要任务在1979年经过木星系统、1980年经过土星系统之后，结束于1980年11月20日。它也是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器。

        2017年9月5日，美国航天局位于加利福尼亚州的喷气推进实验室内，著名科幻影片《星际迷航》中柯克船长饰演者威廉·沙特纳５日向科研人员发出指令：将一条特殊的信息发送给距离地球约２１０亿公里之外“旅行者１号”探测器。

　　“在星际之间，我们传递友谊。你并不孤单。”预计约１９小时后，从３万条网友建议中投票选出的这条特殊信息将被迄今距离地球最遥远的人类探测器接收，并向更远的星际传送。这一天，“旅行者１号”已“离家”整整４０年。

cer

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# @$ e- X& q- C* U# o9 v4 T$ l0 P% \3 X"宇宙就是一座黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人，像幽灵般潜行于林间，轻轻拨开挡路的树枝，竭力不让脚步发出一点儿声音，连呼吸都必须小心翼翼：他必须小心，因为林中到处都有与他一样潜行的猎人，如果他发现了别的生命，能做的只有一件事：开枪消灭之。在这片森林中，他人就是地狱，就是永恒的威胁，任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭，这就是宇宙文明的图景，这就是对费米悖论的解释。"——刘慈欣《三体II》，黑暗森林。


人类不隐藏自己，反而还大声呼喊：“我在这里！”
; ?6 V" |% u* t( V' w, W! A4 L" n是不是很蠢？
人傻氢多，速来。
: z% R1 @( u2 S按照人类现在的文明级别的认识：氢是宇宙中最重要的能量来源。
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funeng3688

1 [, @: T1 M. I* W1 T楼上说的极是。
# {& Z) |% }' T4 }  e/ i前面己经得到：如果考虑两个抛物面天线的增益，但不考虑损耗、溢出，则旅行者1号发射机与地球上的接收机之间的衰减值：191.53dBc。
如果考虑两个抛物面天线的增益，也考虑损耗、溢出等等，则旅行者1号发射机与地面接收机之间的衰减值为191.53+2.6*2=196.73dBc。

) U7 o2 S8 l. J8 Z6 p3 A( w
2 C3 |! @0 i4 F+ a' C而发射机功率23W，相当于43.61dBm。
' y) k+ `% C7 K6 j0 ^! @地面接收机收到的信号有：

43.61dBm - 196.73dBc = -153.12dBm。
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地面接收机接收到的信号幅度-153.12dBm与290K温度的空间底噪 -174dBm/Hz相比，居然还有 20.88dBc 的余量，
意味着可能用 100Hz 的带宽来传输数据。

, R, K8 I  q" ~/ ]完美的方案！
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但100Hz带宽能传输的数据率是很慢很慢的。
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saladrf

funeng3688 发表于 2019-1-17 12:06
电波在自由空间传播的损耗公式：Lbs =32.45+20lgF(MHz)+20lgD(km)

[/backcolor ...

- |* m6 }# @! @好象地面上的天线直径不是上文的14米，而是70米。那么地面天线增益估算值不是61dBi，而是75dBi。
旅行者1号发射功率23W。
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0 T! u5 |+ N* {上面这个天线，位于加利福尼亚州，宽64米的碟形天线被扩建至70米宽，是为了与旅行者1号“对话”。
( N% f* `0 G" A4 E8 M: l经扩建后的天线大小与NASA在西班牙马德里和澳大利亚堪培拉的深空探测网DSN（Deep Space Network）站点的天线大小相同，均由喷气推进实验室负责。

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7 m4 X) R- A9 a( C0 K/ ?

汪洋大海

浩渺的宇宙。

comeone

1977年，那个时候连好的计算机、超大规模集成电路、移动通信等都没有的时候，究竟是怎么做到这点？运行几十年还能传回照片。大家想想，1977年我们在干啥？我们还在泥巴田里劳动，挣工分，饿肚子，连黑白电视机都没有。
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1 R( m3 B7 `$ V5 _# S所以我看，提出的这个问题，除了NASA，至少在我国是没人知道的。
这是机密
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rfv5

搜了一下，也有人这么猜测：旅行者1号有一个抛物面天线，口径3.7米。——是不是地球上也有一个很高档的接收天线？
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旅行者1号有一个陀螺仪，使这个抛物面天线一直朝向地球。
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旅行者1号采用的频段较高，也能减少地球上的各种电磁波干扰。
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funeng3688

, Q; ?/ N9 V0 p- f- Y' o- c5 O: J
旅行者1号采用 8GHz 频点进行通信，天线口径3.7米，可以估算出此天线增益：
偶极子天线增益2.15dBi，有反射板存在，将一个偶极子的电磁波反射成65度波束（这个数据影响不大，增益的大头在反射板面积提供的口径增益！），则增益约增加为9dBi。
/ V( j3 P0 x9 L1 j1 s1 E7 Q  W8GHz波长3.75厘米，此频段偶极子天线近场有效区域约10平方厘米。
. m, _$ c! w& F! n* Q/ f3.7米直径抛物面反射板，锅口面积为10.75平方米，相当于10750个偶极子天线，口径增益为40.3dBc。
. e7 w0 k; C# `- k两个增益相加，那么旅行者1号自带的天线增益为50dBi。
看看能否找到资料，验证一下我估算的是否准确。

cer

旅行者1号采用数字信号传输，可以校验纠错。
旅行者1号信号传输速度很慢，每秒160位。
& p2 C# Z  J9 f据说还有一位80多岁的科学家爱德华.C.斯通仍在负责该旅行者1号的运行，编写旅行者1号使用的定制汇编器的代码。
  w3 g0 y1 F$ P! Z  Q

nowell

美帝威武！

funeng3688

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) f; Z, {- w3 v- a2 |4 W6 o怕三体人找不到我们，还特意画出宇宙航行图

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rflion

美帝NASA的70米口径深空通讯天线与旅行者1号联系。
: X$ D1 Z' b# |+ G( f& @# H% f  L7 T这么说，地面上的天线增益更大了。

codec

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( q4 I- ^; @9 |& q" m, H3 F这么看来，地面上的天线增益能达到75dBi。
0 c4 r" d0 w( N6 P两个天线相加的增益高达 50+75＝125dBi。
应该能抵消200多亿公里的空间传输损耗？

saladrf

聆听宇宙深处微弱的呐喊。
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funeng3688

- p" y: \8 j) Z" S, W3 [
3 k! s( D" G. m电波在自由空间传播的损耗公式：Lbs =32.45+20lgF(MHz)+20lgD(km)

7 D' A1 j" o5 q" h9 z7 ]5 Z, x8 `$ t! Y可以算算旅行者1号与地球之间的电磁波传播损耗：
32.45+20lg(8000)+20lg(200*10E8)
5 }# t$ U; n0 L8 U2 Z- _=32.45+78.06+206.02
=316.53dBc
信号衰减太大了。
旅行者1号天线增益估算50dBi，地面上的天线增益估算75dBi。
. K- g: i" w0 a9 H! k- z减掉上面估算的两个天线增益125dBi，得到旅行者1号发射机与地球上的接收机之间的衰减值：191.53dBc。


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rfv5

* }( }  J& s+ x- ?( z

funeng3688 发表于 2019-1-7 11:17
旅行者1号采用 8GHz 频点进行通信，天线口径3.7米，可以估算出此天线增益：
偶极子天线增益2.15dBi，有反 ...

版主的抛物面天线增益估算方法，从来没听说过。
但根据正规公式，可算出8GHz频点的理想3.7米直径抛物面天线增益为49.8dBi。
) }6 r0 c+ j- `. Y- R, O( O而70米直径抛物面天线增益为75.4dBi。
- ^5 x+ e1 R+ w2 D出奇地准确嘛！

. |+ W3 ]! ^& z! K1 I5 B但实际情况下，还要考虑抛物面天线的损耗、溢出等等，效率会降低至60%，甚至更低至55%（相当于2.6dBc）
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) i) k" Z# _! {; }9 P