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有效的沟通是执行任何太空任务所需的最基本的要求。在太空中执行任务的宇航员需要随时与地面取得联系以完成所有的任务要求，调遣和应急措施。 你认为乘坐阿波罗13号的宇航员们是如何设法告知休斯顿控制中心他们所遇到的'麻烦’的？ 就连像人造卫星一样无人操作的设备也需要和地面联系来交换信息。那么，这些距离地球数百，数千甚至是数万千米的物体是如何与地球上的人们取得联系的呢？ 通过电磁波交流 太空中的任何通讯形式都是通过电磁波来完成的。我们自始至终都是被电磁波环绕着的。你需要熟悉下面这张描述着电磁波谱组成的图。 电磁波谱 如图所示，可见光，也就是我们可以看见并察觉到的光，也是一种电磁波。类似的，无线电波也是一种电磁波。这些无线电波在我们与卫星，航天探测器还有其他太空中的人造物体的交流的过程中担当了工具的角色。 然而，在过去50年里随着通讯技术的飞速发展，一种名叫激光通讯中继演示（LCRD）的新技术的发展使无线电波在收发信息方面的效率受到了挑战，这种通讯技术现已得到了广泛应用。 ICRD的概念图。使用这项技术，NASA希望可以减少高清图片从火星传回的时间，即从1.5个小时减少到几分钟。 当使用激光而非无线电波时，它的编码和传输数据的速度比目前使用的最好的射频无线电还要快10到100倍。另外，使用激光通信的另一个好处是，由于激光的波长比无线电波短，所以与无线电波相比，激光在太空中传播时损耗的能量更少。 然而这只是答案的一部分，我们还想要知道像旅行者1号这样遥远的太空探测器将那些不可思议的图片发回地球或者是宇航员在太空中与家人联系使用的真正的方法是什么。 太空探测器是如何使用无线电波与地球联系的？ 既然我们已经知道了所有太空中的人造物体是使用无线电波或激光与地球上的人通讯的， 那么现在就让我们来了解一下这些电磁波接收和发出信号的实际过程吧。 旅行者1号发出信号 每颗卫星或太空探测器都配备了一个收发器------一种碟形天线(与你在屋顶上看到的天线很相似，只是比它要强大数倍)，的所发出的无线电信号的功率在其功率分配内所能提供的功率范围内。在这些信号被极其强大和敏感的天线探测到后，它们会被传送给高级计算机进行大量的计算，并从中提取有用的信息。 让我再详细说明一下:太空探测器上载有许多高科技的东西，这些东西使它们能够维持飞行，更重要的是，使他们能够向地球传输信息。当一个太空探测器，比如说旅行者1号，用它的摄像机拍下一颗行星或一个天体的照片时，它会在机载计算机的帮助下把它转换成一串1和0。是的，一个高清图像或者任何其他类型的数据都可以只使用1和0进行编码! 接下来计算机会将这些1和0转接到应答器上，应答器将这些数字“放入”无线电波中然后在太空中传输这些无线电波。一旦被发出，这些波将要传播很远的距离。并且可以预见，它们到达地球需要很长的时间。 旅行者一号 2014年的十月，由旅行者一号发出的信号经18小时到达地球。 而在地球上，装有一组非常强大的无线电天线，它们被称为深空网络(Deep Space Network，简称DSN)，负责传输的“接收”部分。DSN由三个设施组成(一个在加利福尼亚州靠近巴斯托（Barstow）叫做goldstone的地方;还有一个在西班牙马德里附近;最后一个在澳大利亚堪培拉附近)，它们在经度上相隔120度，这有助于它们在地球自转时保持恒定的对话流。作为世界上最敏锐的通讯系统，它负责支持星际尺度的任务和一些绕地卫星与地面的通讯。 当这些天线探测到由航天探测器所传送出的信号(其中包含有关探测器的当前位置及其健康状况的信息，以及所需的科学数据，例如图片和音频文件)后会将其转送到计算机处，再由计算机将它们解码成有意义有用的信息。 旅行者号捕获的图像 旅行者1号在航行过程中拍摄到的各样行星的图片（图片来源：Voyager.jpl.nasa） 为了更好地理解传输和接收的概念，我们来看看这个日常生活中的例子:当你在社交网络上发布自拍照时，它会被立即发送给你所有(连接着互联网)的朋友。这是因为你的智能手机充当了无线电波的发射器;它会将你的自拍照转成电信号（通过调制）加载到无线电波上，随后被你朋友智能手机上的天线接收到。而当你的朋友上传了一张照片时，同样的事情也会发生(只是方向相反)，此时你可以把它下载到你的智能手机上。 顾名思义，DSN通常用于探测来自太空中遥远物体的信号。与国际空间站这样的宇宙飞船的通讯也可以通过使用其他不太强大的天线来维持。除了使用电磁波(无线电波或激光)外，与深空探测器和人造卫星通信所使用的技术的基本机制是一样的。如果没有这种简单而有效的通讯技术，我们将永远无法探索浩瀚的太空。招募宇航员也会变得更加困难。 作者: Ashish |
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