玩過(guò)遙控飛機(jī)的朋友都知道玩這行比較危險(xiǎn)，其一是速度比較高，螺旋槳很鋒利，萬(wàn)一傷到人可是大事！其二則可能會(huì)炸機(jī)，啥意思呢？就是信號(hào)不好或者操作不當(dāng)，航模墜毀！

那些飛向太空的探測(cè)器，它們動(dòng)輒在成百上千的近地軌道上，甚至遠(yuǎn)達(dá)數(shù)億或者上百億千米的距離，它們又是怎么保證不“炸機(jī)”的呢，萬(wàn)一失控又怎么搶救回來(lái)呢？

旅行者一號(hào)，深空測(cè)控通信是怎么保證的？

無(wú)線電通信的原理很簡(jiǎn)單，將聲音文字、數(shù)據(jù)或者圖像等信號(hào)調(diào)制在無(wú)線電波中，傳輸?shù)竭h(yuǎn)方，在通過(guò)解碼的方式還原，這就成了我們所熟悉的無(wú)線電通信！最早的無(wú)線電噪音干擾很大，所以摩爾斯將字母用長(zhǎng)短音編碼的方式防止誤碼，接收后再按摩爾斯電碼還原，其實(shí)這應(yīng)該算是最早的數(shù)字通信！

數(shù)字通信

現(xiàn)在我們用的還是數(shù)字通信，只是頻率和編碼以及載波方式上有了很大的差別，數(shù)字通信用001100的方式來(lái)對(duì)抗干擾，因此現(xiàn)代通信中模擬通信已經(jīng)非常少見(jiàn)，數(shù)字通信還有容量大的優(yōu)點(diǎn)。

深空測(cè)控，光有編碼優(yōu)勢(shì)是不夠的

大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)深空測(cè)控網(wǎng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在地球各個(gè)點(diǎn)都建立通信網(wǎng)絡(luò)，保證在任何時(shí)刻都有至少一座天線對(duì)著探測(cè)器，因?yàn)榈厍驎?huì)自轉(zhuǎn)，如果考慮到地平線以及大氣層衰減的話，必須要三座天線才能保證赤道上360度覆蓋，假如要保證南北半球的話，那么可能還要多布置幾座或者優(yōu)化布置位置！

美國(guó)的深空測(cè)控網(wǎng)

DSN（Deep Space Network）是NASA設(shè)置在美國(guó)（加洲）、西班牙（馬德里）和澳大利亞（堪培拉）的深空測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，為NASA的星際航天器提供導(dǎo)航與航天通信服務(wù)，由于深空測(cè)控天線也可以作為射電望遠(yuǎn)鏡使用，因此也擔(dān)任射電天文學(xué)觀測(cè)和太陽(yáng)系內(nèi)雷達(dá)行星天文學(xué)研究！

各國(guó)深空測(cè)控站點(diǎn)全球分布

在這些測(cè)控網(wǎng)中，直徑30-40米的天線比比皆是，甚至最大有達(dá)到60-70米的深空天線！天線配置如下：

• 戈?duì)柕滤雇ㄉ羁照荆何挥诿绹?guó)加州的莫哈維沙漠。運(yùn)行中有1個(gè)70m天線、3個(gè)34m波束波導(dǎo)（BWG）天線，正在新建1個(gè)34m BWG天線。

• 馬德里深空站：位于西班牙首都馬德里以西60km。目前在運(yùn)行的有1個(gè)70m天線，1個(gè)34m高增益天線，2個(gè)34m波束波導(dǎo)天線，另有2個(gè)34m波束波導(dǎo)天線在建。

• 堪培拉深空站：位于澳大利亞首都堪培拉西南40km。運(yùn)行中有1個(gè)70m天線，3個(gè)34m波束波導(dǎo)天線，有1個(gè)34m波束波導(dǎo)天線在建。

在全球深空測(cè)控網(wǎng)中，美國(guó)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)分布位置是最佳的，北半球兩個(gè)，南半球一個(gè)，而且大致分布在120度的位置上，兼顧了南北半球，當(dāng)然這也是美國(guó)在全球的實(shí)力表現(xiàn)，可以調(diào)動(dòng)全球資源！

旅行者的通信天線

旅行者一號(hào)是人類發(fā)射的、距離地球最遠(yuǎn)的航天器，截止到今天為止，它已經(jīng)飛行了大約150.268天文單位，大約225.4億千米，通訊延遲時(shí)間大約為20小時(shí)52分鐘！具體見(jiàn)下圖：

旅行者一號(hào)和二號(hào)的相關(guān)信息

旅行者系列一開(kāi)始就被設(shè)計(jì)用來(lái)飛向太陽(yáng)系外，因此一個(gè)小小的探測(cè)器（825.5千克）上搭載了一個(gè)3.7米的高增益拋物面天線！

它是到1977發(fā)射時(shí)最大的星載通信天線。旅行者的通信系統(tǒng)受到水手號(hào)和海盜號(hào)探測(cè)器的影響，做了如下改動(dòng)：

• 首次使用X頻段而不是S頻段作為主要的下行遙測(cè)鏈路；

• 采用雙輸出功率的X頻段TWTA，最大發(fā)射功率18W，設(shè)計(jì)用來(lái)減小質(zhì)量、使效率最大化，且工作時(shí)間超過(guò)50000h

旅行者一號(hào)通常以2.3 GHz或8.4 GHz的頻率在深空網(wǎng)絡(luò)通道18中傳輸數(shù)據(jù)，而從地球到旅行者的信號(hào)則以2.1 GHz發(fā)送，但幾個(gè)深空測(cè)控站對(duì)旅行者通信是有限制的，比如旅行者二號(hào)位于南天區(qū)，北半球的兩個(gè)站點(diǎn)能跟蹤，但無(wú)法通信鏈路，因此測(cè)控與數(shù)據(jù)下載主要由堪培拉的測(cè)控站來(lái)完成。而一號(hào)則剛好相反！

三個(gè)測(cè)控站的布局和組成

當(dāng)然再牛逼的深空測(cè)控網(wǎng)對(duì)旅行者電池耗盡也無(wú)計(jì)可施，由于旅行者一號(hào)的核電池衰減，它已經(jīng)無(wú)法支撐太多的儀器工作，到現(xiàn)在為止，旅行者一號(hào)就只能當(dāng)個(gè)信標(biāo)了，二號(hào)還可以下載些數(shù)據(jù)，比如日球?qū)拥南嚓P(guān)信息。

旅行者搭載的設(shè)備工作狀態(tài)

深空探測(cè)有“炸機(jī)”的案例嗎？又是怎么搶救回來(lái)的？

深空測(cè)控失敗的案例其實(shí)挺多，比如2016年3月14日發(fā)射的斯基亞帕雷利火星登陸器，在2016年11月19日登陸火星途中失去聯(lián)系，不知下落！但“炸機(jī)”后被找回來(lái)的案例卻不多，其中就有最為經(jīng)典的絲川小行星登陸取樣返回的“隼鳥(niǎo)一號(hào)”！

絲川小行星

隼鳥(niǎo)號(hào)是2003年5月9日發(fā)射的小行星探測(cè)器，2005年12月9日，在絲川小行星附近因燃料泄漏，姿態(tài)失控造成通訊中斷（要保持聯(lián)系，拋物高增益通信天線必須指向地球，全向天線增益太低，根本無(wú)法通信）。

隼鳥(niǎo)采樣中

原本JAXA以為此次任務(wù)已經(jīng)失敗時(shí)，卻從隼鳥(niǎo)號(hào)傳來(lái)了信號(hào)，只是這個(gè)信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)，JAXA分析隼鳥(niǎo)號(hào)探測(cè)器正在翻滾中，但有一段時(shí)間拋物面天線是指向地球的，因此根據(jù)這短短的時(shí)間，分析姿態(tài)，注入指令，將隼鳥(niǎo)號(hào)從翻滾的狀態(tài)拯救了回來(lái)！

隼鳥(niǎo)號(hào)的離子發(fā)動(dòng)機(jī)

由于隼鳥(niǎo)號(hào)任務(wù)多次波折，因此錯(cuò)過(guò)了第一次返回，隼鳥(niǎo)號(hào)只能等到在返回軌道下一次和地球相交時(shí)，終于在2010年6月13日成功返回地球，帶回一丟丟肉眼無(wú)法見(jiàn)到的絲川小行星塵埃！

喜歡深空探測(cè)和離子發(fā)動(dòng)機(jī)的朋友可以看看《隼鳥(niǎo)號(hào)》，這部電影盡管有些拖沓，但整體上來(lái)看還是不錯(cuò)的，僅當(dāng)科學(xué)紀(jì)錄片來(lái)看吧！