谢尔顿，你知道我害怕时会想什么吗？旅行者。我出生那会，旅行者一号的任务本该已经结束了，它探测完了木星、土星和他们的卫星，但他还是继续前进。当我离开印度到美国时，是我一生中最害怕的时刻，不知路在何方，但我害怕时总会想到，旅行者还在天上，在太阳系外某处，向着无人想象之地前进
原回答：发射 46 年后，美「旅行者 1 号」与地球失联，哪些信息值得关注？
作者：EnterpriseH
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他妈的，最近航天领域怎么这么多破烂营销号跑来蹭热度？以为太空是什么，你家澡盆？
说正事。
之前在观网的另一个同话题回答下面yygq了一通，这次我们说正经的。
旅行者号（还）没有失联，也没有失控。任何意义上都不是。
目前不定期发生的通讯问题属于，怎么说呢，某种程度上的预料之中。
简单地说，作为一艘已经飞了小50年的航天器，NASA在竭尽全力给旅行者号节约每一点消耗品，因为设计时根本没人想过这俩玩意能服役那么久。
从任务管理上来说，自1980年后，旅行者号任务就处于“拓展任务”阶段。这俩小玩意的设计最低任务寿命只有4年，此后的42年都属于充话费送的。
实际上，旅行者号的船载计算机至今仍保持着“连续开机时长最长计算机”的吉尼斯世界纪录，自1977年发射后一直工作到现在没断过电，小五十年的连续开机时间。
那么现在，旅行者号上主要的消耗品管理就两个问题，其一是电力，其二是RCS的燃料。
严格来说，这俩是一个问题，因为核心都是RTG在长期使用后的核燃料衰变造成的动力不足。
是的，虽然旅行者号使用的是RTG，但在用了这么久之后连核动力都会有动力不足的问题，毕竟核衰变也不是什么无尽能源。钚238的半衰期是87.7年，这已经差不多快到了。
而由于半导体热电偶的抽象热转电效率，半衰期并不意味着RTG的输出功率只会下降一半。根据半衰期计算，使用钚238的RTG，其功率的理论年衰减率约为0.79%。
旅行者号的RTG在发射时能输出470瓦的电功率。理论上来说，到2011年、也就是发射后第34年，它们的衰变功率应该下降到0.5e(34/87.74)≈76%。
而会损耗的不止核燃料，还有用于热转电的半导体热电偶，毕竟它们要一直承受着衰变辐射的轰击，并把辐射产生的热量转化为电流。实际上，到2011年时，旅行者号的可用电功率已经下降到了仅有270瓦，也就是发射时功率的57%。而这甚至已经比NASA发射时的预期还稍好一点了。
实际上，从历史上的案例参考来说，大多数使用RTG的航天器，设计寿命基本都在半衰期的四分之一到一半，也就是20-40年左右，相比起来旅行者号接近50年的寿命已经算是到极限了。
NASA之前一直估测的旅行者号可用寿命在2025年前后也是基于对RTG的功率衰减计算的，预计到那时RTG的剩余电力将无法支持除了基本通讯之外的任何仪器工作，这也就意味着旅行者号作为科学探测器使命的事实上结束。
当然，即便不考虑RTG的功率衰减问题，两个旅行者号探测器预计也会在2036年后超出现有的深空测控网能够支持的范围。——NASA已经扩建过几次深空通讯网了。
在这之前，RTG功率也可能早在2032年就衰减到连通讯系统和计算机也不足以启动的程度。到那时候就是真的永远怀念了。
实际上，为了最大限度地节约电力和其他消耗品资源，在飞过海王星之后，NASA就在90年代对旅行者号上的软件进行了一次彻底重写更新，把所有在太阳系内才能发挥作用的科学仪器全部关闭，所有相关的控制软件和代码也全部删除。这其中首当其冲的就是所有光学设备，因为显然在恒星际空间一片漆黑没什么可看的。
这种节能达到了什么程度呢？旅行者2号上第一个关掉省电的光学仪器，只节约了1.2瓦的耗电。
对，是瓦。
那张著名的“淡蓝斑点”就是在这时候拍下的，在旅行者号彻底关闭其相机之前最后看地球一眼。
实际上，旅行者号不止拍摄了地球，NASA那帮人精当然不会蠢到到了最后时刻启动相机，就为了给地球拍张照片。旅行者1号拍摄了完整的太阳系全家福：
层层省电下来，最后旅行者号上仍然保持运行的除了维持探测器飞行所需的基本计算机控制系统，就只有最有可能探测到太阳系边界的磁场、辐射和等离子体探测仪器。具体来说，预计带电粒子、宇宙射线、磁强计和等离子体波仪器会一直保持工作，只要它们还没坏。这些仪器不需要什么电力维持运作，而且能探测到至关重要的太阳风和宇宙射线强度与特征的变化，从而可以推断出旅行者号是否还飞在太阳的影响范围内。关于旅行者号是否“离开了太阳系进入恒星际空间”的探测推断也是基于这些仪器的数据做出的。
但是因为真的没电加之老化，旅行者1号的太阳风探测器本身已经在1990年坏了，现在旅行者1号的太阳风测量数据是靠还在工作的仪器的数据间接推出的。
此外，等离子体光谱仪也在80年代坏了，所以等离子体成分数据也得靠其他设备间接测量。
好消息是，旅行者2号上这两个仪器都还是好的，所以理论上来说NASA只需要等到旅行者2号经过旅行者1号飞过的区域进行补充测量就行了。
但这俩探测器其实朝着的不是一个方向，所以测量的数据点肯定还是有一定差距……
另外，旅行者1号上的磁强计是好的，但旅行者2号的磁强计已经出问题了。因为在2006年，一个随机指令错误导致旅行者2号的磁强计保温加热器被错误地打开了整整一周，结果把磁强计烤坏了。虽然好消息是起码没全坏，但数据还是多少有些问题，目前NASA还没找到办法来修复。
另一个比较麻烦的情况是，旅行者2号的接收机早在1978年就坏了。具体来说，主接收机彻底坏了，好消息是备用接收机没全坏，坏消息是备用接收机的多普勒补偿功能也坏了，只能卡在固定频率上收发信号。这导致NASA每次收发旅行者2号的数据，都需要事先在地面计算好多普勒频移补偿……
怎么说呢，当你远离地球100亿公里，并且你的系统整整开了三五十年都无法停机维护的时候，出啥问题都是不意外的。放平心态，深空探测最需要的是耐心……
当然NASA表示这不是第一次了。在阿波罗计划的时候，因为发现高精度频标太重塞不进寸土寸金的阿波罗飞船，当时的NASA就想出了在地面发射多普勒修正过的高精度载频，然后飞船直接转发的骚操作。
关闭仪器的另一大限制除了可用电力，还有通讯数据率。由于众所周知天杀的平方反比定律，随着旅行者号越飞越远，即便NASA动用现在已经几经扩建的深空测控网的70米口径巨大天线，所能维持的传输速率也非常非常之低。在飞过木星时，深空测控网仍然可以维持高达115kB/秒的传输速率，这基本上是旅行者号遥测系统运作的数据率基准。但在飞过土星时，遥测数据率就降到了一半；而如今，这个数字则已经降到了只有不到1.4kB/秒的程度。
这也是NASA要在飞出太阳系后就关掉旅行者号上的光学设备的另一大原因，因为这么低的数据率就算拍了照片你也传不回来。
实际上，旅行者号上的磁带记录器也已经关掉了，因为有记录器缓存数据的前提是，你后面有时间还能载下来慢慢看。但1.4kB/秒的数据率是磁带记录器的缓存下载能力还有意义的最低底线（最高是7.2kB/秒），所以这时候缓存已经没什么用了，不如关掉直接接收直传数据，能拿多少是多少。
旅行者号的直传科学数据还有600B/秒和160B/秒两个数据率的信道可以用，因此这块倒是一直可以用蛮久的。通讯的最低限度是40B/秒，这时候只能回传常规通讯和维护（工程）信号，没有科学数据，而且没有纠错。在正常情况下，工程和科学数据是使用各自的编码交错传输的。
在信号还好的时候，可以使用高速率遥测信道，其额定最大速率就是前面提到的约115kB/秒。我们看到的旅行者号拍摄的视频和彩色照片都是在这种情况下传回来的。这个信道有纠错能力，选定10B/秒到115.2kB/秒码率中的一组作为纠错编码。
又想起了当年钱老在《星际航行概论》中的结论，深空探测器的通讯和传输数据基本上不成问题，因为哪怕按当时的技术手段估计，在深空最大也能做到20kB/秒的数据率，只要不传什么高清照片和视频，拿来传报文和测量数据绰绰有余……
也因此，NASA在关于正式确定并宣布旅行者号离开太阳系这方面一直有所顾虑，因为他们还得绞尽脑汁从剩下的几个为数不多还能动的仪器传回来的少得可怜的数据中，想办法推测出尽可能多的蛛丝马迹。
就基于这么点可怜的探测能力，NASA还是推出了太阳风边界的结构，并且确认和更新了许多认识。
甚至在2013年，NASA把旅行者1号记录下的等离子体波数据转化成了可听音频信号，成为第一个在太阳系以外测量的无线电频谱波形。
很多人可能不知道，这就是探测器的意义。旅行者号现在几乎可以说是最纯粹的科学探测器，它们当前唯一的意义就是在彻底失去电力陷入沉寂之前，把哪怕一台仪器活着带到尽可能远的地方，送回有效测量数据。
探测器最根本的目的就在这里。只为了看一眼。
很多时候前沿科学研究的魅力也在这里。通过尽可能少的可用原始数据，推测出尽可能多的结论。
总之回到正题上来。我们刚刚要讨论什么？哦对。
为什么旅行者号的电力不足会影响到通讯？
这个，呃，因为，很基本的原因。当然不是“要发射信号你得有电”这么基本。
你要维持通讯，你天线得对着地球对吧？所以我们前面提到的，除了电力之外，RCS燃料剩余量也是一个问题。
那为什么说它本来不是问题呢？因为旅行者号在设计上是有动量轮的。但是玩过KSP的人都知道，动量轮转起来真的很TM耗电。
所以因为没电，旅行者号的动量轮在2017年前后就同样停止工作了。现在旅行者号的姿态完全就靠RCS来保持，让它能对准地球维持通讯。
这下本来没问题的事变成问题了。
我们还没考虑你仪器不能总是对着一个方向不动，偶尔还得转下姿态测量其他方位的数据呢。
NASA在这方面已经够省了。自打1990年的全家福留念和大节能操作之后，旅行者号在30年的时间里只使用RCS大幅度调整过一次姿态。
那是在2011年，为了测量太阳风相对于旅行者号飞行方向的横向运动，所以探测器要横过来。
而在动量轮还能用的时候，不需要节约燃料的NASA会很奢侈地每年将旅行者号旋转六次整圈，以测量全方位磁场数据……
除了燃料之外，NASA还存在另一个关于RCS的担忧——旅行者号的RCS推力器没有备份推力器组，因为很显然，在姿态控制这方面，动量轮就是它的备份。现在动量轮不能用了，RCS就成了保持旅行者号姿态控制的唯一独苗。
而旅行者号的RCS是单组元肼推力器。显然，你让一个化学燃烧的东西连续工作50年，正常人都会开始担心这玩意的疲劳损耗和可靠性问题……
具体来说，NASA开始担心旅行者号的RCS推力器管路会堵。因为单组元推力器都是挤压循环的，而燃料中不可避免总有点杂质，或者贮箱在50年的长期存放燃料中不可避免会有微量的腐蚀和剥落（别忘了，肼燃料算是毒发），这些小东西会跟着燃料一起被从贮箱里挤出来，然后和燃料一起进入燃烧室。
何况肼推力器燃烧靠的是金属催化剂对肼的催化分解，这就意味着不可避免总会有点微量的催化剂在工作时被喷下来。
虽然这些磨损的量都很小，以至于大多数情况下用这玩意的卫星都不怎么需要考虑，但显然一般情况下不会有连续用了50年还不能替换和维修的卫星。
那句话怎么说来着，离开剂量谈毒性都是耍流氓。你让这玩意连续工作上50年，日积月累起来再小的磨损都会是大问题……
实际上，前段时间、也就是2023年8月，被观网和各路蹭热度营销号炒的所谓“意外失联”就是因为这个原因。（我们终于说到正题了）
原因么倒也简单，为了节约RCS推力器的损耗，NASA决定再次修改旅行者号的软件，降低姿态控制的精度，这样RCS推力器的点火次数就可以减少。
想必玩过早期版本KSP的各位都体验过弱智的SAS自动定向，姿态一有偏离就会过敏似的RCS喷个不停。NASA想避免的就是这种情况。
更详细一点说，就是把姿态控制的敏感区调大一些，这样探测器在触发RCS点火修正之前会自由漂移更多的误差。
然后就（短暂并且很大程度上在意料之中地）失联了，因为更低的姿控精度意味着探测器更容易时不时让天线漂移到偏离地球的方位去。
这就是8月那次失联的原因，旅行者2号的姿态多偏了2度。——可以想见隔着100多亿千米维持通讯需要多高的精度。
旅行者号本身的高增益天线在测控上行使用的S波段波束宽度是2.3度，因此偏了2度基本上就已经意味着地球偏到波束主瓣外面去了。下行使用的X波段更窄，只有0.9度，所以下行通讯自然是已经丢掉了。
为什么说在意料之中呢，因为旅行者2号比旅行者1号后出发，离太阳系的距离更近，所以NASA决定拿它当小白鼠，先上传新的控制软件，作为对新控制手段的测试。
反正真正飞在前面探测前沿科学的是1号，2号要是玩砸了也就是少了一个确认手段而已，损失不大——都到这个年头了，每一条新的有效数据对于旅行者号任务团队来说都是胜利，整个项目本身已经和探测器一样进入了“临终关怀”、尽人事知天命的阶段。
所以NASA当时也不担心，因为只要不是因为探测器真的出了故障，那就等到探测器漂移到触发下一次修正，它自然会自己摆回来的。结果也的确如他们所料。
当然严格来说，这次恢复通讯仍然靠的是NASA使用深空测控网对旅行者2号进行主动控制，毕竟上行的S波段波束宽度是2.3度，这不还有0.3度么。NASA在通过深空测控网的另外几个站点捕捉旅行者2号的微弱溢出信号进行三角定位后，由堪培拉站的70米大口径天线直接对旅行者2号发送大功率呼叫信号，靠功率补偿指向偏移的信号损失，最终重新联系上了旅行者2号，然后发送指令让它将天线重新对准。堪培拉的这台天线也是目前NASA唯一能够与旅行者号建立直接通讯的天线，以及整个南半球最大的可操纵单一无线电天线。
考虑到节能程序不能不用，为了避免此后这种事情再次发生，NASA又给两个旅行者号写了新的软件更新，让它们即便没有探测到偏移也会定期自行修正定向。这样下一次再漂移了，哪怕无法再建立通讯，也可以等着旅行者号自己摆回来。
在此之前，旅行者号还在2020年“失联”过一次，但那次是完全在意料之中的，因为那时候深空测控网在维护升级。等到维护完成之后，NASA重启深空测控网，然后将天线重新瞄准旅行者号建立通讯，一切安好。
哦对，问题说了什么来着？**检查标题*
哦。
这个问题是NASA在12月12日刚刚宣布的，说旅行者1号的计算机系统出现了一些问题，导致遥测系统无法把科学数据传回地球，只是不断传回乱码。
显然你不能对一套连续工作了46年的计算机系统抱太多期望。
但这个问题其实之前就出现过，并不是第一次。
旅行者号的计算机系统并不是由单一计算机构成的，而是由三台计算机分别执行主要功能。其中，计算机指令系统（CCS）是主机，负责监管和协调所有操作，而飞行数据系统（FDS）负责记录和传输科学数据，姿态和操纵控制系统（AACS）则负责探测器的飞行控制。
考虑到旅行者号的发射时间是1977年，这些计算机老到了相当的程度，不仅RAM是阿波罗同款“物理编程”的机绕磁芯线，连代码都是直接用机器语言写的。NASA每次对旅行者号的软件进行更新和调整，都要找一帮会写汇编语言的程序员来（所以你看，本科教自动控制原理还是有用的，迫真），用汇编语言写好代码，然后再翻译成机器语言传输给探测器。
很多时候指令甚至要精确到直接操纵某一位。对，就是字面意义上的直接控制0和1。2010年，旅行者2号的FDS因为单粒子翻转事件，内存中存储的一个比特位发生翻转，导致探测器同样开始传回错误数据。于是NASA在根据下传数据定位故障位置之后，直接发送修正指令，把错误翻转的那一位又给覆写了回去，让探测器恢复了正常工作……
这次问题就出在了FDS上，具体说是FDS的遥测调制单元（TMU），负责调制并传输遥测信号。FDS仍然在正常运行并执行指令，但不知何故不能将正确的数据调制并传回，NASA收到的回传数据都是无效乱码。
但早在2022年初，同样的问题就发生在AACS上过。当时NASA发现问题在于AACS不知何故切换了冗余分机，错误地使用了两台冗余分机中故障的那台处理数据，自然就只会传回错误乱码了。随后NASA发出修正指令，让AACS切换分机工作，故障消失了。
旅行者号上所有的计算机都是双机冗余，包括CCS、FDS和AACS。因此如果是同样原因出现的故障，那么FDS可能也能通过一样的手段解决问题。但即便能，考虑到旅行者1号当前的距离，信号以光速从地球跑到探测器，单程就需要18个半小时。
也就是说，NASA的任何修复措施，都需要一来一回折腾上好几周乃至几个月。想象一下你给一台70年代的老破烂计算机搞远程运维，没有高级语言，只能用汇编代码，而且每输一次指令都有大半天的ping。
这就是当下深空探测的现状。最重要的是耐心……
