2000多年前,屈原就在《天问》中提出了对宇宙的疑问。人类探索宇宙的脚步从未停息,近现代以来,人类向宇宙空间发射了很多探测器,它们在苍茫的宇宙中前行,为人类探索宇宙的奥秘立下汗马功劳。
人类已知的太阳系最边缘的小弟冥王星由于距离地球太遥远,人类对它的认知有限,为此,美国国家航空航天局(NASA)于2006年1月19日发射了专门探索冥王星的空间探测器,这就是新视野号(New Horizons),其主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎(冥卫一)和探测位于柯伊柏带的小行星群。新视野号是人类发射过起始速度最快的太空探测器,它已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星,行程48亿公里。目前,正飞往潜伏在太阳系边缘的柯伊伯带里的其它天体。
48亿公里,这是一个多么遥远的距离。地月之间的距离是38万公里,新视野号与地球的距离,相当于12631个地月距离。如此遥远,人类又是怎样控制新视野号的呢?
要控制新视野号,基本前提就是要与之建立通讯联系。那么,地球和新视野号之间的通讯是怎样的模式呢?
地球和新视野号的通讯方式仍然是无线电波,不过,如此遥远的距离,即使无线电波的传播速度达到每秒30万公里,48亿公里的距离下,无论是地球向新视野号发出信号,还是新视野号向地球发回信号,都需要约5个小时。通常,如此超长距离的通信,无线电信号会出现衰减,从而使地球发出的信号或者新视野号发回的信号到达对方时会变得十分微弱,以至于无法接收。为此,新视野号上装有抛物面状的无线电天线,当与地球通信时,它会指向地球。同时,美国国家航空航天局的深空网络无线电发射机也会对准新视野号,它们集中能量向彼此发出信号,尽最大可能来减少无线电波的衰减。
另外,宇宙空间充满着各种电磁波,复杂的电磁环境就如同人站在农贸市场里一样,周围都是嘈杂的噪声。电磁波的干扰也会影响地球和新视野号之间的通信质量。为了克服宇宙电磁环境对信号的影响,新视野号在通信过程中使用了扩频技术,就是将原来的通信信号变成频道较宽的新信号,在信号功率远低于噪声功率的情况下,宽展传输信号的频谱就能大大提升传输信号的质量。
地球和新视野号彼此之间建立了有效的联系,我们就可以向新视野号发出各种指令,新视野号接收到这些指令后就执行相应的动作。不过48亿公里的遥远距离,我们早上告诉新视野号新的指令,到下午,它才能收到我们的指令。
新视野号经历千辛万苦,向地球发回了6.25G数据,这些数据为人类了解和探索冥王星提供了宝贵的科学依据。辛苦了!新视野号。
这和其它宇宙飞船的测控基本相同,采用无线电通讯和遥控,唯一不同的是:由于相距太过遥远,飞船和地面测控站之间出现的信号时间延迟6个多小时,因此就通讯而言,新视野号传回地球的所有资讯都是滞后的,若要根据传回的资料进行实时控制是不可能的,所以地面测控站会使用超级电脑对新视野号的运行轨迹进行提前6小时多的实际测算,即保证地面控制信号在精确到秒的情况下提前6小时多发出并基本做到遥控信号到达新视野号与实际点相符。随着新视野号的不断远离,超级电脑会加上新的时间延迟以保证同步。
但新视野号自身在前行途中会碰上如陨石等突发状况,这种情况新视野上的雷达等装置会自主进行智能判断并进行规避,同时将变轨等状况发回地球控制站,让控制中心能根据状况进行运行路线的适当调整。当然随着新视野号更远或飞离柯伊佰带,其能量耗尽或受到冲出太阳系后的其他影响,新视野号与地球控制中心的联系将越来越不容易,最终消失在浩瀚宇宙中,但新视野号对地球人类产生的影响和作用将是巨大的。