旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
▍℘旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
旅行者1号是迄今为止人类飞行得最远的人造飞行器，已经飞出了太阳系最外延的行星和矮行星，飞出了柯伊伯带，向太阳系外飞去。
自从1977年9月5日发射升空离开地球后，就没有什么技术来监控它的画面了，只是通过深空网络监控其飞行姿态和接受它发回的电子信息资料。
所谓深空网络就是遍布全球的巨大射电望远镜阵列，组成一个支持星际任务、无线电通讯、利用射电天文学观察探测太阳系以及宇宙的国际天线网络。
所有发射的地外探测器，尤其是脱离地球引力的深空探测器，就是依靠这套系统进行指挥、操控、接受信息的。
旅行者1号近距离探访了木星和土星，并借助它们的引力弹弓效应提速，在上世纪就飞跃了太阳系最远的行星冥王星轨道，向太阳系外银河系中心飞去。
期间传回了数万张彩色照片，让人类首次目睹了木星、土星惊世骇俗的美丽，还看到了远离64亿公里处对地球那渺小而震撼的回眸一瞥。
现在它已经在深空孤独的旅行了42年，依然忠实的履行着人类赋予的使命。
我们在NASA专门监控旅行者1号的网站上，还可以看到它飞行速度和距离的实时状态，截止到现在我写这篇文章的时候，旅行者1号还在以相对太阳每秒17公里速度远离我们，距离太阳已经219.28亿公里；以相对地球每秒43.7公里的速度飞行，距离我们218.92亿公里。
仅此而已，现在旅行者1号完全凭着惯性和设定的航向在飞行，没有任何动力了。
为旅行者1号提供能量的两台同位素温差发电机（俗称核电池）也将消耗殆尽，探测器的一些功能从12年前就逐步关闭。如2007年停止了等离子子系统运作；2008年停止了行星无线电天文实验；2010年停止了扫描平台及紫外线分光计观测；2015年停止了数据磁带机运行；2016年停止了回转仪工作等等。
人类最后一次与旅行者1号互动是在2017年11月28日。NASA的科学家们从收集到的信息发现，旅行者1号主发动机功能弱化，为了启动休眠了三十多年的辅助发动机，向旅行者1号发出了指令。
这个指令经过19个多小时传输到达了旅行者1号，又经过同样时间传输返回了控制中心，证实旅行者1号忠实准确的执行了人类的指令，4个辅助发动机工作正常。
这是人类有史以来最远的一次遥控指挥活动，距离达到200多亿千米。
现在旅行者1号只能用微弱的电力传回方位和速度的数据，这些数据经过20小时多时间的传输，由深空网络接受到相关仪器上进行解析。
事实上，人类已经完全失去了对旅行者1号的控制，在漆黑的深空，旅行者1号只是靠着人类赋予的原动力，凭着惯性和忠诚，孤胆英雄一往无前。
到了2020年，旅行者1号要逐一关闭全部的科学仪器，2025年，将耗尽全部电力，已经没有任何能力启动任何单一仪器。
从此人们再也得不到旅行者1号的任何消息，如果没有意外的话，旅行者1号将在太空一直向前，10亿年后如果有地外文明捕获它，在太空环境下，它上面的唱片和音质还将清晰如新。
但那个时候地球早已海枯石烂，人类如果有幸没有灭亡，也早已移民深空，穿梭于星系之间，或许旅行者1号已被那时候的人类找回，作为古人类文明证据也未可知。
就是这样，让我们默默的祝福旅行者1号一路走好。
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▍❖旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
谢邀。
自1977年发射升空以来，旅行者1号已经离开地球，独自在太空中飞行了长达42年的时间。尽管这艘无人探测器目前远在219亿公里外，它与地球的距离相当于日地距离的146倍，但它的飞行轨迹还在受到地球的监控。那么，美国宇航局（NASA）是如何监测并控制旅行者1号的呢？
旅行者1号相继造访了太阳系中两颗最大的行星——木星和土星，并顺便借助这两颗气态巨行星的引力弹弓效应进行加速。在结束了行星探测任务之后，旅行者1号在海王星轨道之外拍摄了太阳系全家福，其中包括旅行者1号所来的星球——地球。此后，达到太阳系逃逸速度的旅行者1号，真正踏上了飞向星际空间之旅。
NASA知道旅行者1号此行路途遥远，通信将会变得十分困难，所以NASA早有准备。旅行者1号背着一个直径达到3.7米的“大锅”，那是一个高增益抛物面天线，用于无线电信号的接收与发送。同时，旅行者1号还配备精度非常高的陀螺仪，使得天线能够对准地球。
在地球上，NASA在世界的三个地方部署了深空网络，其控制中心被称为“暗室（Dark Room）”。在“暗室”中，地面天线能够与旅行者1号进行沟通，接收它在太空深处传回来的极其微弱的信号。
为了保障通信顺畅，通信下行频率通常为2.3 GHz，甚至高达8.4 GHz。同时，深空网络也能给旅行者1号上传指令，通信上行频率在2.1 GHz。在这种超高频下，通信噪音小，信噪比高。
旅行者1号信号发射机的功率仅略高于20 W，根据平方反比定律，旅行者1号发出的无线电波抵达地球时，辐射照度仅为4.17×10^-26 W/m^2。深空网络单个天线的最大直径为70米，所以最大单个天线所接收到的信号功率只有1.6×10^-22 W。也就是说，当地球上的天线接收到旅行者1号的无线电信号时，其强度只有最初发射时的63万亿亿分之一。
由于距离极为遥远，即便旅行者1号发出的无线电信号以光速传播，也要大约20小时才能抵达地球。但只要旅行者1号还有电力，这种微弱的通信就不会中断。据估计，旅行者1号携带的核动能可以让设备一直工作到2025年。在那之后，彻底失联的旅行者1号将会永远在星际空间中漫游下去。
▍Ⓨ旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
旅行者1号已经飞行了43年，由于距离遥远，目前没有技术能够监视它的飞行画面，只能通过无线电波与它保持联系。人类与它最后一次互动，是在2017年11月28日，工程师下达指令，修正了它的航线。
关于旅行者1号
旅行者1号是美国宇航局于1977年发射的外太阳系探测器，目前已经朝着深空连续飞行了43年。旅行者1号还有一个兄弟叫做旅行者2号，也是在1977年升空的。旅行者1号利用引力弹弓效应成功加速至第三宇宙速度（16.3千米每秒），比旅行者2号快10%，成为人类历史上飞行速度最快的探测器之一，。它于2014年穿越了太阳风层顶，成功飞出了太阳系，但还在太阳引力的控制范围之内。即使这样，它仍然是人类有史以来飞得最远的探测器。
旅行者1号利用钚的放射性能量来发电，简单来说就是核电池，可以用好几十年。不过，据科学家估计，旅行者1号的电力将在2020年消耗殆尽。乐观估计，还能坚持到2025年。旅行者1号在这漫长的旅途中，为人类传回了大量的科研数据。还携带了一枚镀金铝质碟片，充当地球人的信使。
如下图所示，为了节约宝贵的能源，旅行者1号进行了一系列省电操作。正是工程师的这些操作，使得旅行者1号在发射升空40年后仍然能够与地球保持联系。
为了能够与地球保持联系，旅行者1号在设计之初，就建造了一个口径3.7米的大锅，那口大锅就是接收和发送信号的高增益天线。并且携带了精度非常高的陀螺仪，可以用来修正天线的方向，即使在非常遥远的距离也能对准地球。
上图为旅行者1号的主要结构概况。
NASA的深空网络
截至2019年10月，旅行者1号距离太阳大约211亿公里。光在真空中每秒大约传播30万千米，无线电波也是这个速度。光从太阳表面到达地球大约需要8分钟，而人类与旅行者1号的距离已经十分遥远，目前信号往返一次大约需要40多个小时。这种由于空间距离遥远而产生的延迟，目前是无法解决的。
旅行者1号的信号功率有限，仅有20瓦，随着距离变得越来越远，地球上能够接收到的信号也越来越弱。好在，美国宇航局（NASA）从上世纪60年代就建造了一个极其强大的信号接收系统，叫做深空网络，主要用于星际通信。该信号接收系统隶属于美国宇航局所属的喷气推进实验室。
深空网络(DSN)是一个支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络，它是世界上最大和最敏感的通信系统，由一系列天线阵列组成，单个天线的直径可达70米，比在地面接收卫星电视信号的室外天线（卫星锅）大的多。
目前，深空网络由三处呈120度分布的通信设施组成，分别位于美国加州、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉，这种安排可以避开地球自转的影响。
极慢的通信速率
因为距离太遥远，地球上发出的信号要经过20个小时才能被旅行者1号接收到，旅行者1号收到信号后，回复也要经过20个小时才能被地球上的人接收到。即使到现在，也没有任何技术可以改善这个问题。
信号在传输的过程中会发生衰减，传输距离越远，衰减越厉害，因此旅行者1号采用了2.3GHz～8.4GHz的高频信号与人类通信，深空网络使用的则是2.1GHz信号。旅行者1号采用的是模拟信号，相比于数字信号，信号在传输过程中还会受到很大干扰。为了保证数据传输的准确性，旅行者1号使用了大量纠错技术。
因此，旅行者1号每秒钟只能传输几个字节的有效数据，一张1MB（1024千字节）的照片就需要传输近半个月时间。旅行者1号携带了一个64KB的磁带存储器，当数据无法及时传回地球时，就会将数据记录下来。总体上来说，旅行者1号的数据传输速率极慢。
结语
在2017年人类最后一次与旅行者1号互动后，目前人类与旅行者1号基本上处于半失联状态，很久才能收到旅行者1号发来的信息，在2025年后就彻底失去联系了。之后，旅行者1号将孤独地向银河系中心飞去，成为宇宙中的漂流瓶。以当前的速度，旅行者1号到达距离地球最近的恒星系统，就需要4万多年的时间。
我国如果要发射这样的探测器，也需要这样一个深空通信系统。即使到了现在，星际通信的数据传输速率依旧较慢，普通人要是用这么慢的速率上网会抓狂的。
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旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
旅行者的飞行画面就不可能啦，请不要认为像好莱坞大片中控制无人机定点清除基地组织某个头目那样可以看到实时的画面！能和旅行者保持的仅仅是几个byte的联系，一张图片要发很久，而且延时也越来越久，到最近连最基本的联系都无法继续保持.....
一、旅行者用什么通信？
自从无线电通信方式发明以来，除了光缆能到达的超大容量数据通信以外，其他远距离超远距离通信已经被无线电彻底替代，甚至你家里的无上网已经替代了网线，和手机代替了座机，而跨越宇宙空间的，也只能通过无线电来通信
1、无线电通信
无线电通信原理理解起来并不难，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！
上图是中波中波广播电台使用的调制方式：调幅，设备简单但抗干扰能力不强，除了调幅还有调频等，当然这些都是模拟通讯方式，而与之相对的则是抗干扰更强的数字通讯！
这个接收到的幅度只有2种，低电平和高电平，它抗干扰能力更强，而包含的信息量多少则和频率有关，频率越高每秒发送的信号低电平和高电平信号就越多，那么包含的信息量就越多，这表示带宽就越大！
2、旅行者一号的通信频率和带宽是多少
旅行者通讯一2.3GHZ或者8.4GHZ的频率在深空网络通道18中传输数据，从地球向旅行者发送测控信号时使用的则是2.1GHZ。当旅行者和地球之间无法通讯时，数据将被暂存在一个空间为64千字节的数字磁带记录器中！会在重新和地球建立联系时候继续传送数据！不过要提醒一下的是当前旅行者和地球之间的通讯延时超过20个小时！
整个旅行者一号的结构是围绕它那面直径为3.7M的巨大的天线展开的，因为旅行者一号的无线电通信的设计理念是跨越太阳系内无线电通讯的极限！但由于距离遥远，为了保证信息准确无误，在信号传输过程中加入了大量的纠错技术，因此有效信息的传输速度非常低，甚至都不到1kb！也就是1024字节，现代高分辨率手机的一张照片最低大约为3-4MB，更大的有10MB，单反的RAW格式照片有30-50MB，1MB=1024×1024字节，假如要发送一张手机照片的话，需要1024×1024/86400×3=12.13629天×3=36.41天！
当然旅行者也会使用压缩技术，但因通讯条件原因，经常会中断，真的难以想象旅行者怎么把那些精彩绝伦的照片发回来的！
比如上图是柯伊伯带附近拍摄的地球照片，大量黑色的背景可以被压缩，只是种花家实在找不到旅行者一号当年的压缩算法！不知道格式是不是JPEG哈.........不过肯定不是，因为JPG团队都是1986年才创立的，1992年才发布标准。
3、为旅行者通讯的的保障措施
NASA的DSN(深太空网络)是深空测控关键网络，分别位于美国（加州）、西班牙（马德里）和澳大利亚（堪培拉），为NASA的深空探测器提供通讯与下载数据服务，当然也会在射电天文和雷达天文学相关观测。
DSN节点分布与测控角度示意图，在3万千米以内时会有部分死角，但只要超过此距离，它将必然位于某个节点的通讯范围之内！
旅行者的发射功率仅仅20W左右，无线电信号与距离的平方成反比，那么那么通过将近150天文单位的距离到达地球时信号强度仅为4.17×10^-26 W/m^2，上图深空那个网络中最大的发射天线直径达到了70M，最大的单一70M天线上获得信号去强度为1.6×10^-22W，这个小数点后面有22个零的数字，种花家念不出来哈！
4、最后一次修正
2017年12月2日，旅行者1号的控制团队最后一次对它的姿态做出修正指令，保证旅行者的天线准确指向地球，为此旅行者将增加数据传输约2-3年，未来电力不足将难以为继，但这自这次调整以后，人类再也无能为力对它做出修正，它目前已经在瞎飞！
二、有实时可以保持远距离甚至超远距离的通信吗？
延时将近20小时，甚至1Kb都无法保持的通讯，你不得不佩服科学家的耐心，种花家在刷网页时稍微延迟下就有点受不了，那么有没有一种超高速度、超远距离的通讯方式吗？
1、太阳系内的中继通信
新视野号的通讯方式虽然有所改善，但并没有达到高速的程度，这是信号传输方式和衰减造成的，未来的解决方式是在小行星带建立中继通信，提高信噪比，增加传输速率！
UNICON星座就是这样一种存在，将在小行星带建立一个由激光相互连接的星座，对深空探测进行中继通讯支持，到那时应该会有所改观。但通讯延迟，似乎是一个无法解决的问题。
2、量子纠缠&加密通信
量子纠缠其实根本就无法用来通讯，因为这种叠加态会在被探测的同时坍缩，因此量子纠缠通讯是不可能的，而现代所谓的量子通讯都是加密通讯，而对于地球上，这种延时并不明显，更重要的是加密需求，不可破解的量子加密通讯的诱惑力是致命的！
3、真正实时的通信
《星际之门-宇宙》中有一种通讯石，是一种无论相隔多远都可以实时通讯的一种方式，它来自超级文明，并不是地球上的产物！但现代人类并不拥有这样的技术，我们无法从原理上来探知这种通讯方式！
而量子纠缠通讯则从原理上将我们的实时通讯道路封死了，因为传递信息无法超过光速！可能未来还有很长的路要走！
三、旅行者一号会去到哪里
旅行者一号是第一个飞出日球层的人造飞行物，它的飞行方向是蛇夫座附近！
旅行者一号并没有朝着指定的恒星前进，旅行者的目的就是飞出太阳系（简单的说就是丢了），目标当时可能还没想好哈！不过它大约会在4万年后经过蛇夫座AC+793888恒星附近（1.6光年处），请注意这颗恒星靠近太阳系方向的速度（119千米/秒）远超旅行者一号的速度（17.062千米/秒）
▍≑旅行者1号飞出太空这么远，人类通过什么技术来监控它的飞行画面？
旅行者一号发射于1977年9月5日，这也是有史以来距离地球最远的人造飞行器，也是首个离开太阳系的人造飞行器。得益于数次引力加速，旅行者一号的飞行速度比其他任何飞行器都要快，它的主要任务是提供土星和其卫星的照片，并不会提供影像内容。旅行者一号的无线电通信系统主要是为了达到和超越太阳系的极限，其主要包括一个直径3.7米的抛物面高增益天线，通过地球的三个深空网络站发送和接收无线电波。
旅行者一号通过2.3GHz或8.4Ghz的频率在深空网络18通道传输信息，而地球则发射2.1Ghz的信号给旅行者一号。当旅行者一号无法和地球进行联系时，它自己携带的数字磁带记录器可以记下约64千字节数据。
旅行者一号能发送信息，全仰仗三块反射性同位素热电机提供电力，而这些电机已经远超过其设计寿命。按照测算，钚核电池能保障旅行者一号的仪器工作到2025年。在2036年，通信系统的电力将耗尽。这时，它将不会像地球发回任何信息。
1977年旅行者一号发射升空后，在1979年经过木星系统，1980年经过土星系统。2012年8月25日，旅行者一号成为首个穿越太阳圈并进入星际介质的太空飞行器。截止2019年8月28日，旅行者一号处于离太阳2.19×1010千米的位置，这也是目前距离地球最远的人造物体。目前旅行者一号正沿着双曲线轨道飞行，并达到第三宇宙速度，也就是它的轨道和太阳系无缘了，成为一艘星际航天器。最早旅行者一号的任务师探测木星，现在则变成了探测太阳风顶，和对太阳风进行粒子测量。
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