此刻旅行者一號正呼嘯著穿越虛空，它距離地球超過240億公里，信號發(fā)射器功率還不如你冰箱里的燈泡，可我們依然能接收到它的訊息。

在這個連手機信號都偶爾丟失的時代，NASA卻能從240億公里外接收實時數(shù)據(jù)，甚至還能往回發(fā)送軟件更新，這到底是怎么做到的？

接下來就讓我們一同飛越太陽系，看看 NASA 究竟如何與數(shù)十億公里外的航天器通信。

故事開始于1964年，噴氣推進實驗室的一名學生在計算中發(fā)現(xiàn)了一個絕妙的規(guī)律：一次每 176 年才會出現(xiàn)的行星排列，木星、土星、天王星、海王星會完美排成一線，讓單艘航天器可以借助引力彈弓效應依次飛越四顆行星，原本需要 30 年的旅程，只需要 12 年就能完成。

NASA 原本計劃發(fā)射四艘航天器，執(zhí)行這項名為 “旅行者” 的任務，但登月計劃結(jié)束后，航天飛機項目大幅削減預算，最終只獲批了兩艘，也就是旅行者一號和二號。

每艘探測器都搭載了一張黃金唱片，收錄了代表全人類的圖像、聲音與問候，但它的核心任務是飛往木星和土星，造兩艘是為了冗余備份：萬一其中一艘失效，另一艘依然能傳回木星和土星的數(shù)據(jù)。

旅行者 2 號其實在 1977 年 8 月率先發(fā)射，走的是較慢的軌道，計劃造訪全部四顆行星，旅行者 1 號緊隨其后，走更快的路徑，先一步抵達木星和土星。

兩艘探測器聯(lián)手，傳回了首批外行星的特寫照片，拍到了木星衛(wèi)星木衛(wèi)一上正在噴發(fā)的活火山，完成了人類首次、也是唯一一次天王星與海王星的探訪，還拍下了著名的 “暗淡藍點”。

每艘旅行者號都搭載了一面 3.7 米的碟形天線，看起來確實很大，但天線背后的發(fā)射器，功率和你冰箱里的燈泡差不多，它只有這點能量，拼盡全力向 240 億公里外發(fā)出信號，只盼著有人能聽見。

在地球上，NASA 建造了三座全球最大的射電天線，組成了深空網(wǎng)絡(luò)，這套網(wǎng)絡(luò)由三個測控站組成，分布在全球各地：一個在美國加州的沙漠里，一個在西班牙馬德里郊外，還有一個在澳大利亞堪培拉附近。

它們在地球上大致均勻分布，相隔約 120 度，這樣一來，哪怕地球在自轉(zhuǎn)，旅行者號也總能有一面天線和它保持通信，這些天線的性能強得驚人，接收器被冷卻在液氮里，在這種靈敏度下，哪怕是電子元件自身的微弱熱量，都會蓋過旅行者號的微弱信號。

旅行者號距離我們約240億公里，必須靠深空網(wǎng)絡(luò)這些大口徑天線的全部收集能力，才能接收到探測器傳回的極其微弱的信號，當旅行者號的信號最終抵達地球時，功率還不到 1 阿瓦，也就是 1 瓦的十億分之一的十億分之一，比電子表電池的功率還要弱 200 億倍。

那些 70 米口徑的巨型拋物面天線，把所有打到表面的無線電波匯聚到一個極其靈敏的接收器上。即便如此，也才勉強能建立連接。

而難度還不止于此，由于旅行者號的飛行速度極快，信號會產(chǎn)生多普勒頻移，團隊必須實時補償這種頻移，才能解調(diào)出旅行者號傳回的信息，單程光時是 23.5 小時，傳回來也要 23.5 小時，所以我周一早上到辦公室給航天器發(fā)一條指令，要到周三早上才能看到指令生效的結(jié)果。

這就是我們 “收聽” 的方式，那我們又是怎么 “回話” 的呢？

那些用來接收信號的 70 米天線，同樣也能發(fā)射信號，我們發(fā)給旅行者號的信號功率，比收到的微弱回波要強 1000 多倍。

旅行者號全部 6 臺計算機加起來，也只有 68KB 的內(nèi)存，還不如一把車鑰匙。你手機處理能力是它的 200 萬倍，可即便如此，近 50 年來 NASA 的工程師一直在給這些探測器發(fā)送軟件更新，從數(shù)十億公里外修復故障、解決硬件損壞。

每艘旅行者號都靠三臺放射性同位素熱電發(fā)生器供電，也就是靠钚衰變供能的小型核電池，剛發(fā)射時，每艘旅行者號有 470 瓦功率，但钚每年都會衰減一點，如今它們只剩約 210 瓦，最初的 11 臺儀器也只剩 3 臺還在運行。

每年團隊都得關(guān)掉一臺儀器來節(jié)省電力，他們要親手從這艘永遠不會回家的探測器上，一件件停用傳感器，其中這臺長長的儀器叫磁強計，正是它確認了旅行者號進入星際空間的時刻，它探測到了磁場的變化，證明探測器已經(jīng)完全脫離了太陽風的影響范圍。

2022 年，旅行者 1 號開始傳回亂碼，負責保持天線對準地球的系統(tǒng)，發(fā)回來的像是隨機生成的數(shù)據(jù)，沒人找得到原因，后來才發(fā)現(xiàn)，旅行者號把數(shù)據(jù)導去了一臺早已失效的計算機里，那臺壞機器在數(shù)據(jù)抵達發(fā)射器前就把內(nèi)容全攪亂了，讓它切回正確的計算機后，問題就解決了。

2023 年，旅行者 2 號 “失聰” 了兩周，它收不到我們的任何指令，天線也似乎偏移了，不再對準地球，更麻煩的是，旅行者 2 號是向南飛出太陽系的，這意味著只有澳大利亞的深空網(wǎng)站點能聯(lián)系上它。

沉默了兩周后，我們收到了一絲微弱的信號，一聲來自深空的 “心跳”，第二天，他們執(zhí)行了 “星際吶喊” 操作：把發(fā)射功率拉到 250%，向太陽系另一端喊出了一條指令：把天線重新對準地球。

做這期視頻的時候我一直在想，如果今天造一艘全新的旅行者號會是什么樣，船上的計算機顯然會強上幾百萬倍；不用再靠冰箱燈泡功率的發(fā)射器，我們可以用激光通信。

現(xiàn)代版旅行者號不用每次出故障都等地球團隊來救，它可以自主思考，自行診斷問題，調(diào)整軌道，據(jù)估算，如今執(zhí)行一次旅行者級別的任務，科學回報能達到當年旅行者號的 1000 倍左右，太陽帆技術(shù)能把探測器速度推到旅行者號的 4 倍，用十年左右就能追上兩艘先行者，然后飛向鄰近的恒星系統(tǒng)，甚至可能是有類地行星的恒星系。

當年促成 “旅行者計劃” 的行星排列，要到 21 世紀 50 年代才會再次出現(xiàn)，但我覺得，我們不用等行星排成一線，也能向宇宙更深處進發(fā)。

順著這個話題，如果今天造一艘新的，你個人最想在上面放些什么？

但這些都是未來的事情了。

此刻兩艘 70 年代建造的探測器依然在遠方飛行，這些優(yōu)美的航天器設(shè)計壽命只有 5 年，卻堅持了近 50 年，這不是運氣，是工程的奇跡。

用不了多久它們的電力就會耗盡，最后一臺儀器也會熄滅，信號會徹底消失，NASA希望能撐到 50 周年紀念，或許再久一點，撐到 2028 年，甚至 2030 年，但也撐不了太久了，最多也就五年左右，要么電力耗盡，要么某個部件徹底壞掉。

可就算我們失去了信號，它們也不會停下，它們會繼續(xù)飛行，兩臺小小的機器，載著我們的聲音、圖像、問候，以每秒 17 公里的速度在星際空間中漂流，在我們失去聯(lián)系之后，在最后一臺儀器關(guān)閉之后，旅行者號依然會在那里，載著這顆星球上所有曾活過的人的故事，繼續(xù)前行。