深空网络：
听见 250 多亿公里外的耳语

2026 年 11 月中旬前后，旅行者 1 号与地球的距离将首次达到一个光日，约 259 亿公里。到那时，从地面发出的一句问候要走整整 24 小时才能抵达它，等它回话又要 24 小时。这台 1977 年发射的探测器，截至 2026 年 10 月已在约 258 亿公里之外，而地面与它的联系从未真正中断。维系这条联系的，是 NASA 的深空网络（Deep Space Network，DSN），旅行者号的每一条指令、每一比特数据都要经过它。

一条极端不对称的链路

旅行者 1 号的高增益天线直径 3.7 米，发射机功率约 22 瓦，和冰箱里的小灯泡差不多，下行使用 X 波段（约 8.4 GHz）。无线电波离开天线后向外扩散，功率密度随距离的平方下降，距离每增加 10 倍，地面收到的功率就只剩百分之一。到达地球时，可用功率在 10⁻¹⁸ 瓦量级甚至更低，这是 JPL 多年来描述旅行者测控时常引用的数字。

10⁻¹⁸ 瓦远低于普通电子器件自身的热噪声。要把这样的信号从噪声里捞出来，只有两条路：把接收面积做得很大，把噪声压得很低。DSN 的设计，本质上就是这两件事的工程化。

三个站区，相隔约 120 度

DSN 由三个深空通信站区组成：美国加州的戈尔德斯通（Goldstone）、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉，在经度上大致各相隔 120 度。这样布局，是为了对付地球自转。

单个站点每天都有很长一段时间看不到目标，因为目标落到了地平线以下。三个站区绕地球均匀分布，无论地球转到哪个角度，总有一个站区能看到目标。一个站即将失去目标时，下一个站已经接上。对旅行者这样需要长年连续跟踪的任务，这种接力是维持测控的前提。DSN 由 JPL 负责运行，同时为几十个深空任务服务。

几何位置也会带来限制。旅行者 2 号飞掠海王星后转向黄道面以南，能向它发送指令的只有堪培拉那口 70 米天线。

70 米天线、组阵与噪声

每个站区的核心是一口 70 米（230 英尺）口径的抛物面天线，另配几口 34 米的波束波导天线。接收功率与有效面积成正比，口径越大，截获的能量越多。戈尔德斯通的 70 米天线 DSS-14 在 1966 年收到水手 4 号的信号，因此有了「火星天线」的绰号。它原本口径 64 米，1988 年扩建到 70 米，为的正是接收旅行者 2 号次年飞掠海王星时更微弱的信号。

光有大还不够。深空接收看重的是系统噪声温度，目标信号比噪声还弱，任何多余的热噪声都会把它淹没。所以 DSN 的天线配备低噪声放大器和深冷接收前端，站址也选在电磁环境干净的地方。

单口天线也不够用时，还可以组阵（arraying）：把同一站区的 70 米与 34 米天线，甚至不同站区的天线，在信号层面相干叠加，等效成一口更大的天线。1989 年旅行者 2 号飞掠海王星时，DSN 还联合了新墨西哥州的甚大阵等射电望远镜一起接收。2024 年 4 月，马德里站首次把站内全部 6 口天线组成阵列接收旅行者 1 号的信号。NASA 当时说明，下传它的等离子体波仪器数据已经需要 5 口天线组阵，随着距离继续增大，将来要用到 6 口。

慢，是距离的代价

旅行者 1 号目前的科学数据下行速率约为 160 比特/秒。这个数字直接来自链路预算：收到的功率只有 10⁻¹⁸ 瓦量级，只能降低码率、拉长积分时间来换取信噪比，数据以天、以周为单位慢慢积累。

作为对比，韦伯空间望远镜距地球约 150 万公里，同样经由 DSN 下行，借助 Ka 波段，速率约为每秒 28 兆比特，比旅行者号快五个数量级左右。两者的差距，几乎全部来自距离。

故障与电力：远方的脆弱

可靠不等于万无一失。2023 年 11 月起，旅行者 1 号发回的数据变成了无法解读的重复码。工程师追查到飞行数据子系统里一块失效的存储芯片，它让这台计算机约 3% 的内存无法使用。由于没有一处连续空间能装下受影响的代码，团队把代码拆成几段分别搬到别处，再改写所有引用它们的地方。2024 年 4 月工程数据恢复正常，6 月四台科学仪器全部恢复。整个过程全靠上行指令远程完成，当时信号单程约 22.5 小时。距离不只削弱信号，也大大压缩了处置故障的余地。

另一个倒计时是电力。两台旅行者号靠放射性同位素热电发生器供电，输出每年下降约 4 瓦。为了让任务延续，团队陆续关掉仍能工作的仪器。2025 年 2 月关闭了旅行者 1 号的宇宙线子系统，2026 年 4 月 17 日又关闭了低能带电粒子仪，目前只剩磁强计和等离子体波仪器在采集数据。工程师还设计了代号「大爆炸」的节电方案，一次性关掉几台老旧的耗电设备，换上低功耗的替代品。旅行者 2 号在 2026 年 7 月完成了这次切换，省下近 10 瓦，旅行者 1 号随后开始按同样流程测试。这条横跨 250 多亿公里的链路还能维持多久，取决于功率、仪器和时间之间的精细取舍。

一光日的刻度

按星历推算，2026 年 11 月中旬前后，旅行者 1 号将跨过一个象征性的门槛：距地球一个光日，约 259 亿公里。这个数字本身没有特别的物理意义，却是人类通信能力的一道刻度。半个世纪前发射的一台机器，信号要走整整一天才到，而我们仍然收得到。

深空网络做的不只是接收信号，而是把人类的技术触角以光速延伸到太阳系之外。探索的边界，往往不在于能飞多远，而在于还能不能听见。

想直观感受这段距离，可以在探索太阳系里选中旅行者 1 号，信息面板会实时显示它离地球的距离，任务回放里也能重走两艘旅行者号的航线。