Wie kommuniziert die Erde mit Voyager I?

Wir wissen genau, wo sich das Raumschiff befindet, und es weiß ziemlich genau, wo wir uns befinden. Die Entfernung verschlimmert nicht das Zielgenauigkeitsproblem, tatsächlich ist die relative Bewegung geringer, je weiter voneinander entfernt, so dass das Zielen einfacher wird. Das Problem ist die Signaldämpfung durch Streuung. dh bei doppelter Entfernung hat das Signal ein Viertel der Stärke.

Die Lösung für Voyager bestand darin, dass unsere erdgestützten Empfänger und Sender sowohl hinsichtlich Genauigkeit als auch Empfindlichkeit um ein Vielfaches schneller zugenommen haben, als das Signal von Voyager aufgrund der Entfernung schwächer wurde. In der Tat, wenn die Energiequelle ausgehalten hätte, hätten wir bereits die Fähigkeit, ein Signal wie das eines Reisenden aus tausendfacher Entfernung zu empfangen. Je größer Ihre Antenne ist, desto enger können Sie ihre Sicht fokussieren. Sobald wir dazu gekommen sind, das Quadratkilometer-Array zu bauen (2025 oder so), hätten wir die Möglichkeit, ein ähnliches Signal aus einer Entfernung von mehreren Lichtjahren zu hören.

Wie immer hängt eine Kommunikation über elektromagnetische Strahlung von beiden Seiten ab. Uplink von der Erde geht natürlich mit viel Power und großen Tellern. Downlink ist auf die Leistung der Atombatterie an Bord beschränkt, hat aber eine ziemlich beeindruckende 2,7-Meter-Schüssel!. Darüber hinaus verwenden sie eine ziemlich langsame Bitrate, denke ich, mit viel Redundanz. All dies ist gängige Informationstechnologie, wenn es um schlechte Verbindungen mit Signalen geht, die nicht viel über dem Rauschen liegen.
Einzelheiten sind in Wikipedia angegeben:

Die Uplink-Kommunikation erfolgt über das S-Band (Befehlsrate von 16 Bit/s), während ein X-Band-Sender die Downlink-Telemetrie mit normalerweise 160 Bit/s und 1,4 kbit/s für die Wiedergabe von Hochgeschwindigkeits-Plasmawellendaten bereitstellt. Alle Daten werden über die 3,7-Meter-High-Gain-Antenne vom Raumfahrzeug gesendet und dort empfangen.

Die Frage wurde schon ziemlich gut beantwortet, aber ich denke, mehr Erklärung, warum große Antennen helfen, wäre lohnenswert ...

Antennen haben eine Eigenschaft namens "Gain", was bedeutet, dass sie in einer Richtung (oder mehreren Richtungen, je nach Antennentyp) am besten und in anderen weniger gut funktionieren - also sendet eine Sendeantenne mit hoher Verstärkung ihr Signal in einem präzisen Strahl , und eine Empfangsantenne mit hoher Verstärkung empfängt am besten aus einer genauen Richtung und ignoriert meistens Signale aus anderen Richtungen.

Nun, der Gewinn einer Antenne hängt von der Art der Antenne und dem Verhältnis ihrer Größe zur Wellenlänge des Signals ab. Für uns bedeutet dies, dass, wenn Sie eine Antenne mit wirklich hoher Verstärkung wünschen, diese im Vergleich zur Wellenlänge des Signals groß sein muss.

Die Größe der Antenne auf der Sonde ist festgelegt, aber sie ist ziemlich groß, also hat sie eine hohe Verstärkung – sie sendet ihr Signal direkt dorthin, wo sie die Erde kennt. Auf der Erde verwenden wir immer größere Antennen, um mit der Sonde zu sprechen, sodass wir immer höhere Gewinne erzielen, und eine richtig ausgerichtete Antenne mit hohem Gewinn nimmt mehr Signal und weniger Rauschen auf.

(Natürlich spielen noch andere Faktoren eine Rolle, aber deshalb sind die großen Antennen wichtig.)

Beachten Sie, dass je höher der Gewinn Ihrer Antenne ist, desto wichtiger ist es, dass sie genau ausgerichtet ist. Aber wenn wir mit solchen Sonden sprechen, richten wir die Antenne extrem genau aus.

Aber für so etwas wie das WLAN in Ihrem Haus ... Antennen mit hoher Verstärkung sind eher eine schlechte als eine gute Sache, da dies bedeutet, dass die Reichweite in den angegebenen Richtungen gut ist (besser als eine Antenne mit niedrigerer Verstärkung). aber schlecht (schlimmer als eine Antenne mit niedrigerem Gewinn) in anderen.