旅行者2號的信號是怎么失而復得的

編譯 王曉濤

在美國宇航局旅行者號星際任務項目管理人蘇珊娜·多德（Suzanne Dodd）看來，旅行者1號和旅行者2號這兩個孿生探測器“某種程度上是我的初戀——而且是真愛”。

1977年，旅行者1號和旅行者2號相繼發射升空，前后只隔了兩周。在此后的多年里，多德對這兩位“老派”星際探險家的愛逐漸綻放。1984年，剛畢業不久的多德開始參與旅行者號項目，之后轉去了美國宇航局的其他項目，比如“卡西尼-惠更斯”空間研究任務。再之后，她又在2010年回到了職業生涯的起點，擔任旅行者號星際任務項目管理人至今。

旅行者1號和旅行者2號這兩個孿生探測器每個都配備了大量儀器設備，包括電視照相機、紅外和紫外傳感器、宇宙射線和帶電粒子傳感器，以及一張鍍金唱片——唱片里是人類精挑細選出的一些音效和圖片，旨在向任何發現探測器及唱片的“人”或“物”描繪地球生命和文化的絢爛多彩。按照設計，這兩個探測器的主要任務是近距離探測木星和土星。2010年多德重回旅行者號項目時，它們早已完成這個任務，并且把外行星（木星、土星、天王星和海王星）遠遠甩在了身后。

2012年8月25日，旅行者1號歷史性地進入了星際空間——太陽不斷釋放的物質流和磁場無法再影響周圍環境的地方——6年后，旅行者2號也完成了這個里程碑式成就。

在那以后，這兩個探測器仍在繼續探索宇宙，并且不斷把收集到的各種信息——比如星際磁場和宇宙射線——通過深空網絡（DSN，美國宇航局在全球范圍內安放的三座巨型射電天線陣列，彼此間距離相等，用以支持行星際航天器任務）傳回地球。

然而，2023年7月下旬，美國宇航局突然丟失了與旅行者2號的聯系。對此，多德表示：“這很痛苦，我們很傷心，更是憂心忡忡。”

很快，研究人員就確定了問題所在。

為了精準地調節旅行者2號的天線，使其更準確地指向地球，飛行器控制人員建立了一套發送給航天器的精準指令。在審查指令的過程中，他們意識到有參數錯了。

多德解釋說：“于是，我們用正確的參數重新建立了指令。問題在于，我們不小心把原來那版錯誤的指令發給了航天器，而不是更新后的正確版本。”

這個錯誤導致旅行者2號的天線指向了偏離地球2°的位置，于是，航天器與控制人員之間的所有聯系都被切斷了。

旅行者2號下一次利用太陽與老人星（夜空中第二亮的恒星）自動把天線對準地球的時間是10月中旬。雖然多德自信屆時就會恢復與這個航天器之間的聯系，但她并不想依賴自動校準這個內置的保護功能。另外，她也不想等待3個月才獲得航天器在此期間收集到的下一批科學數據。

蘇珊娜·多德

深空站23號，照片拍攝于2023年8月3日清晨

于是，多德和她的同行——既有美國的，也有國際合作者——開始嘗試一切他們可以嘗試的方法（不論成功概率有多低），只為人工恢復與這個老款大眾甲殼蟲汽車大小相當、正以大于每小時5.6萬千米的速度在距地球190多億千米之外的深空中穿行的航天器之間的聯系。

要想實現這個壯舉，關鍵在于構成深空網絡的三座巨型射電天線陣列之一——堪培拉深空通信復合體。

和其他兩座分別位于馬德里和加利福尼亞的射電天線陣列一樣，堪培拉深空通信復合體的主體也是一塊龐大的天線盤，也即深空站43號。位于堪培拉的這塊天線盤反射面由1 200多塊鋁板構成，直徑達到70米，也是南半球最大的可操縱拋物線天線。

另外，它也是深空網絡中目前唯一一個可以與旅行者2號通信的天線陣列。

堪培拉深空通信復合體研究員格倫·奈格爾（Glen Nagle）解釋說：“1989年，旅行者2號邂逅海王星，之后就向南飛出了黃道面。現在，它已經離我們太遠太遠了，遠到因為地球的阻隔，我們在北半球的姊妹觀測站已經看不到它了。”

奈格爾大笑著說：“所以，從某種意義上說，旅行者2號自2002年起就專屬于我們了。”

重新聯系旅行者2號這個宏大計劃的第一部分需要使用深空站43號傾聽它發出的任何微弱載波信號——用奈格爾的話說，那是“航天器的心跳”。

堪培拉深空通信復合體的科學家很快就探測到了一個類似旅行者2號的微弱信號，這點燃了大家的希望。不過，為了確認，他們又仔細聽了一遍所有來自深空的聲音，并且再一次探測到了之前的那個微弱信號。

處理完無關數據后——用奈格爾的話說，那是“清除宇宙發出的垃圾郵件”——在澳大利亞工作的這些科學家將與這個信號相關的信息發送給了多德以及她在美國的團隊，做進一步分析，后者隨后確認這個信號確實來自旅行者2號。

接著，堪培拉深空通信復合體的科學家向旅行者2號發送了一條信息——奈格爾說：“這是一次跨越星際的打招呼。”為了提升航天器天線發現這條信息的概率，科學家在正常水平的基礎上把信號強度提高了接近250%。

奈格爾表示：“這條信息只包含一條指令——讓你的天線再次對準地球。”

然后就是漫長的等待。旅行者2號距地球實在太遠，地球發出的信息需要18.5小時才能抵達這個探測器所在的位置，這同時意味著科學家之后還得再等18.5小時才能知曉旅行者2號是否接收到了信息并且照做了。對此，他們的信心不足。

不過，在37個小時的焦急等待后，一個信號到了。毫無疑問，信號源正是旅行者2號——地球與這個短暫“丟失”的航天器恢復了通信。

奈格爾說：“控制室里歡欣雀躍，大家互相擊掌。就好像旅行者2號的信號從來沒有消失一樣，一切都恢復了正常。”

多德表示，她的美國宇航局團隊正在徹底調查這次事故，以保證這樣的意外不會再次發生。不過，她也很清楚，終有一天，她深愛的這兩個孿生探測器的钚電池會耗盡——屆時，地球將永遠失去與它們的聯系。

雖然這一天不可避免，但科學家還是想盡可能推遲它的到來。為此，美國宇航局正在逐步關閉旅行者1號和旅行者2號上的設備，以節省能源。多德說：“等到關到只剩最后一臺儀器時，我們就不關了，讓它一直運行到我們徹底失去信號的那一天，因為到了那個時候，航天器已經沒有足夠的能源讓發射器向我們發送信號了。”

她認為，那一刻會在“2027—2029年間到來，運氣好的話說不定能到2030年”。

不過，即使能源耗盡、無法再把宇宙信息發送回地球，旅行者號這兩個孿生航天器也仍會繼續它們漫長且孤寂的宇宙之旅，繼續在那無垠的黑暗中飛行數百萬乃至數十億年。

奈格爾說：“從長遠考慮，它們的存在時間最終會超過地球和太陽，會成為證明我們曾在宇宙中存在過的最后見證人。”另外，它們甚至可能——只是可能——向外星文明證明，宇宙中至少還存在（或存在過）另一個智慧文明。正如多德所說：“或許，在十幾萬年之后，有什么人或有什么東西會找到它們，然后聽聽它們攜帶的金唱片。”

資料來源CosmosMagazine