当地时间8月4日，俄罗斯国家民航航天局(NASA)在网站上宣布，其与坐落月球约200亿公里的“旅行者2号”终于恢复了通讯。此前，因为地面控制人员发出错误指令，“旅行者2号”指向月球天线的方向偏离原先位置2度，致使其未能正常与月球进行通讯。
天线位置仅仅2度的误差，为什么还会造成“旅行者2号”与月球失踪？“旅行者2号”又是怎样与月球恢复通讯的？什么技术可实现月球与深空侦测器间通讯？我国深空通讯技术取得了什么进展？带着这种问题，记者专访了相关专家。
天线误差1.3度都会失踪
要解释这次“旅行者2号”失联的缘由，首先要了解深空侦测器与月球的联络形式。“和其他所有的深空侦测器一样，‘旅行者2号’是利用无线电扩频上的调制信息与地面进行通讯的。”中国科大学国家天文台、中国科大学学院研究员平立水桥表示。
无线电扩频是电磁波的一种。1865年，美国知名化学学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦从理论上证明了电场和磁场能互相转换，且电场与磁场的互相作用能形成电磁波。在此基础上，瑞士化学学家海因里希·鲁道夫·赫兹用实验证明了电磁波的存在，并发觉电磁波传播的速率与光速相同。在实验中他还察觉到，只要有变化的电压通过线圈，才能形成电磁波；而若是把这种带有变化电压的线圈对准一个方向量子传输实物，电磁波还会朝这个特定的方向发射出去。科学家们将这一现象背后的原理和无线电雷达技术相结合，发展出无线电通讯、深空测控和雷达侦测等一系列技术。
平立水桥介绍，“旅行者2号”所使用的通讯方法便属于其中之一。它武器了一台半径达3.7米的抛物面高增益天线，这使它能在数百亿公里外借助电磁波中的S波段和X波段与月球上的巨型抛物面天线进行通讯。这是一种定向通讯方法，尽管它须要的能量较少，但在传递信息时能量会排布在一条线上，因而天线只要偏离很小的角度，通讯都会遭到影响。
在200亿公里这个距离上，3.7米半径的高增益天线幅射电磁波的主瓣方向束半宽最大也只有不到1.3度。一旦超过这个角度，电磁波幅射功率都会大幅度增加，接收端便无法感知到讯号。此前，因为地面控制人员发出的错误指令，“旅行者2号”指向月球天线的方向偏离原先位置2度，这早已远超1.3度的限制，造成了“旅行者2号”的失踪。
通过大功率全向通讯重建联系
但是，就在当地时间8月1日，NASA的国际天线网路——“深空网路”监测到了来自“旅行者2号”的微弱扩频讯号，这是侦测器发出的“我仍在正常运行”的基础通讯讯号。2023年8月4日，为确保卫星端可以查获上行扩频并解码遥控指令，NASA使用“深空网路”中功率最高的发射器向“旅行者2号”发送了“星际呼唤”指令，要求它对地定向并反馈操作成功的遥测信息。经接收信息、解码确认等环节，地面与失踪近两周的“旅行者2号”重新构建了联系。
“这种‘星际呼唤’本质上是一种全向的通讯方法。”中国科大学北京天文台副研究员简念川介绍道，在全向通讯模式下，卫星和地面的关系就类似于手机和基站，通讯的能量会弥散到整个太阳系空间，因而无论卫星处于哪些状态都能与地面进行通讯。但全向通讯模式须要的能量较多，所以平常地面科研人员极少采用这些模式和卫星进行联系。
数据传输新技术不断涌现
“旅行者2号”的失踪，阐明出了无线电通讯技术的固有恶果。现在，无线电通讯技术正不断升级，更稳定、更高效的数据传输方法不断涌现。
简念川介绍，在初期，大部份侦测器都和“旅行者2号”一样，是借助S波段或X波段与月球进行通讯的；如今，技术的进步让人们有了更多选择。例如，目前科学家们正着手研究使用Ka波段与侦测器进行通讯。与X波段相比，这个波段的频度更高、信号传输距离更远、带宽更宽，是无线电通讯技术升级的一个重要方向。
不仅无线电通讯技术方面的突破，例如激光通讯和量子通讯等其他深空通讯技术也在不断掉发中。
激光比电磁波的频度更高，因而相比于电磁波通讯，激光通讯的带宽更大，数据传输速率也更快。平立水桥告诉记者，目前，新加坡工程师早已利用地球侦测器，成功实现了地月之间的激光通讯。未来，这些技术有望运用在1个天文单位距离的通讯上。
据悉，激光通讯技术还可以与无线电技术进行一体化运用。2010年前后，日本“深空网路”的工程师们就开始了对该技术的设计、研发和初步测试。
不仅这种传统的通讯方法，量子通讯是另一个较为特殊的发展方向。简念川介绍，量子通讯的优势在于保密性较强，第三方难以查获和揭秘通讯内容。我国发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，便是为了进行量子通讯方面的实验。今年，我国科研人员借助“墨子号”实现了月球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输。
我国已构建自主网路
“墨子号”取得的成果，只是我国深空通讯技术进步的一个注脚。自2003年神舟五号发射升空，我国深空通讯领域已走过了20年。在无数科研人员的努力下量子传输实物，该领域理论研究更加深入、技术手段不断进步，现在，我国已在多个技术层面取得突破。
在无线电通讯层面，我国已将统一S波段测控通讯、统一X波段测控通讯等技术运用到与祝融号火星车、玉兔二号地球车、综合性太阳侦测卫星“夸父一号”等侦测器的通讯中。与此同时，我国目前也早已实现了与“墨子号”等卫星的激光通讯。
“当前，我国早已自主建成深空通讯网路，它配备了小型无线电天线，可用于和远距离飞行器构建通讯联系。近些年来，我国早已举办了许多深空侦测方面的任务。相信在不久的将来，随着深空站的建立和深空通讯技术的发展，我国的深空侦测事业将会更上一层楼。”简念川说。