卡尔·萨根于 1986 年表示：“旅行者号已经成为一种新型智能生物——一半是机器人，一半是人类。”

让传奇天文学家卡尔·萨根夜不能寐的担忧之一是外星人是否能理解我们。20 世纪 70 年代中期，萨根领导 NASA 成立的一个委员会收集了一系列图像、录音问候和音乐来代表地球。这些蒙太奇被印在金色相册上，并装在旅行者 1 号和 2 号的背上，发送到宇宙的各个角落。

1986 年，萨根在《大众科学》杂志上发表的一篇文章中指出，“假想的外星人肯定与我们截然不同——在另一个世界独立进化”，这意味着他们很可能无法破译金色光盘。但他从旅行者号信息中一个未被充分重视的方面得到了保证：飞船本身的设计。

“我们是工具制造者，”萨根写道。“这是人类的基本特征，或许也是本质。” 向外星文明发送一个客厅大小、铝制框架的探测器穿越银河系，是告诉外星文明地球人是工具制造者的最佳方式。

尽管两艘飞船的设计目标都是飞越木星和土星，但旅行者二号的飞行轨迹也让它飞越了天王星和海王星。尽管途中发生了许多事故，但由于 NASA 工程师精湛的制造技术，该探测器仍保持良好状态，能够发回这些遥远星球的特写镜头。2012 年，旅行者一号成为第一艘星际飞船，紧随其后的是旅行者二号。“一旦离开太阳系，”萨根写道，“飞船表面将保持完好 10 亿年或更长时间”，它们的设计非常坚固。

如今，这些探测器距离地球 120 亿至 150 亿英里，仍可运行（尽管最近遇到了通讯困难），并在相对平静的星际空间中航行。预计它们将继续向地球发送数据一年左右，或直到钚电池耗尽。

20 世纪初，无线电发明家古列尔莫·马可尼曾提出，无线电信号永远不会消失，它们只会在穿越时空时逐渐减弱。即使在旅行者号航天器的通信中断后，近半个世纪前由 NASA 的大师级工具制造者制作的地球第一批使者发出的微弱声音也许会继续在宇宙中永远飘荡，遥远的文明只要配备了足够灵敏的接收器就可以收听。

《航海家号的胜利》 （卡尔·萨根，1986 年 10 月）

一位著名的科学家讲述了航海者号工程师鲜为人知的壮举故事，这支敬业的团队一次又一次克服技术困难，确保了这次历史性的外太阳系探险的成功。

卡尔·萨根是康奈尔大学行星研究实验室主任，自 1970 年起成为旅行者号成像科学团队成员。他的《宇宙：特别版》将于今年秋季在电视上播出。

1986 年 1 月 25 日，旅行者 2 号机器人探测器进入天王星系统，并报告了一系列奇观。此次相遇仅持续了几个小时，但忠实地传回地球的数据彻底改变了我们对这颗蓝绿色星球、其 15 多个卫星、漆黑的行星环和高能带电粒子带的认识。旅行者 2 号及其同伴旅行者 1 号以前也曾这样做过。1979 年，在木星，它们勇敢地面对了足以致人死亡剂量 1,000 倍的带电粒子 [PS，79 年 7 月]；在所有这些辐射中，​​它们发现了最大行星的行星环、地球外第一座活火山，以及无空气星球上可能存在的地下海洋——还有其他数百项重大发现。 1980 年和 1981 年，两艘航天器在土星上穿过之前未知的环时，幸免于微小冰粒的撞击；它们在那里发现了数以千计的土星环、最近因不明原因而融化的冰卫星，以及一个拥有液态碳氢化合物海洋、上方覆盖有机物质云层的巨大星球 IPS，1981 年 3 月。这些航天器已向地球传回了四万亿比特的信息，相当于约 100,000 本百科全书。

因为我们被困在地球上，我们被迫透过扭曲的空气海洋观察遥远的世界。不难看出为什么我们的宇宙飞船彻底改变了对太阳系的研究：我们升入太空真空的清澈空间，在那里接近我们的目标，飞过它们或绕着它们旋转或降落在它们的表面。这些附近的世界可以让我们学到很多关于我们自己的知识，而且它们对我们的后代来说将像邻近各州对今天生活在美国的人们一样熟悉——除非我们愚蠢到毁灭自己。

旅行者号及其同类都是人类创造力的杰作。就在旅行者号 2 号即将撞上天王星系统之前，任务设计人员安排了最后一次航向修正，即短暂启动机载推进系统，使旅行者号在移动卫星间飞行时正确定位。但事实证明航向修正是不必要的。在沿着长达 50 亿公里的弧形路径飞行后，航天器已经距离设计轨迹不到 200 公里。这大致相当于在 50 公里外将针头穿过针眼，或者在纽约开枪却击中达拉斯的靶心。

旅行者号上的无线电天线将行星上的宝藏传回地球；但地球距离我们太远，以至于当地球上的射电望远镜接收到信号时，接收到的功率只有 10-16 瓦（小数点后 15 个零）。将这种微弱的信号与普通台灯发出的功率进行比较，就像将原子的宽度与地球和月球之间的距离进行比较一样。（顺便说一句，有史以来第一张在太空中同时拍摄的地球和月球的照片就是由旅行者号飞船拍摄的。）

我们往往听到很多关于归来的辉煌战舰的消息，却很少听到关于带来这些战舰的船只或造船工人的消息。情况一直如此。我们的历史书并没有告诉我们太多关于尼娜号、平塔号和圣玛利亚号建造者的消息，甚至没有告诉我们大篷车的原理。尽管有充足的先例，但这显然是不公平的：航海者号工程团队及其成就应该得到更广泛的了解。

旅行者号宇宙飞船由位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的国家航空航天局喷气推进实验室 (JPL) 设计、组装和运行。该任务构思于 20 世纪 60 年代末，首次获得资助于 1972 年，但直到 1979 年飞掠木星后才以目前的形式获得批准（包括与天王星和海王星的交会）。两艘宇宙飞船于 1977 年夏末和初秋，由佛罗里达州卡纳维拉尔角的不可重复使用的泰坦/半人马座助推器配置发射升空。旅行者号重约一吨，可以装满一个相当大的客厅。每艘宇宙飞船从将放射性钚转化为电能的发电机消耗约 400 瓦电力——远低于普通美国家庭的电力。测量行星际磁场的仪器非常敏感，电流通过飞船内部会产生杂散信号。因此，该仪器被放置在从航天器伸出的长臂末端。与其他投影一起，它使旅行者号看起来有点像豪猪。两台照相机、红外和紫外光谱仪以及一台称为光偏振仪的仪器位于扫描平台上；平台可以旋转，以便这些仪器可以指向目标世界。如果要将传输的数据接收回地球，航天器天线必须知道地球在哪里。航天器还需要知道太阳的位置和至少一颗明亮恒星的位置，这样它才能在三维空间中定位自己并正确指向任何经过的世界。如果你不能瞄准相机，那么即使能够传回数十亿英里外的照片也是毫无用处的。

在轨维修

每艘航天器的成本大约相当于一架现代战略轰炸机的成本。但与轰炸机不同的是，旅行者号一旦发射就不能返回机库进行维修。

因此，航天器的计算机和电子设备都是冗余设计的。当旅行者号遇到麻烦时，计算机会使用分支应急树逻辑来制定适当的行动方案。随着航天器离地球越来越远，往返光（和无线电）旅行时间也会增加，当旅行者号到达天王星时，往返时间接近 6 小时。

因此，在紧急情况下，航天器需要知道如何在等待地球指令的同时将自己置于安全待命模式。随着航天器的老化，预计会出现越来越多的故障，包括其机械部件和计算机系统，尽管目前还没有出现严重记忆衰退的迹象，某种机器人老年痴呆症。当发生意外故障时，会指派专门的工程师团队来“解决”该问题，其中一些工程师自旅行者计划成立之初就一直参与其中。他们将研究背后的基础科学，并借鉴之前处理故障子系统的经验。他们可能会用从未发射过的相同的旅行者号航天器设备进行实验，甚至制造大量发生故障的部件，以便在统计上了解故障模式。

1978 年 4 月，发射后近八个月，一个遗漏的地面指令导致航海者 2 号机载计算机从主无线电接收器切换到备用。

在下一次向航天器进行地面传输时，接收器拒绝锁定来自地球的信号。一个称为跟踪环路电容器的部件发生故障。在航海者 2 号失去联系七天后，其故障保护软件命令关闭备用接收器并重新打开主接收器。但奇怪的是，主接收器几分钟后就失效了：它再也没有恢复。航海者 2 号现在处于根本危险之中。虽然主接收器发生故障，但机载计算机命令航天器使用它。地球上的控制人员无法命令航海者号恢复使用备用接收器。更糟糕的是，由于电容器故障，备用接收器无法接收来自地球的命令。最后，经过一周的命令沉默后，计算机被编程为在接收器之间自动切换。

在那一周的时间里，喷气推进实验室的工程师们设计了一种创新的命令频率控制程序，使得受损的备用接收器能够理解一些基本命令。

这意味着工程师们至少能够与航天器进行一点通信。不幸的是，备用接收器现在变得不稳定，对航天器各个部件通电或断电时产生的散失热量极为敏感。在接下来的几个月里，喷气推进实验室的工程师们设计并进行了一系列测试，让他们彻底了解航天器大多数运行模式对其接收地球指令能力的热影响。备用接收器问题完全解决了。正是这个备用接收器从地球获得了有关如何在木星、土星和天王星系统中收集数据的所有命令。工程师们挽救了这次任务。（但为了安全起见，在旅行者号随后的大部分飞行中，机载计算机中都保留了下一颗行星的标称数据采集序列。）

1981 年 8 月，旅行者 2 号在最接近土星后从土星后方飞出，随后又发生了一次令人心碎的故障。扫描平台一直在方位角方向快速移动，在最接近土星时，快速指向土星环、卫星和土星本身。突然，平台卡住了。卡住的扫描平台显然意味着未来图片和其他关键数据的严重减少。扫描平台由称为执行器的齿轮组驱动，因此 JPL 工程师首先在模拟任务中运行了飞行执行器的相同副本。地面执行器在 348 转后失效：航天器上的执行器在 352 转后失效。问题原来是润滑故障。显然，用油罐追上旅行者 2 号是不可能的。工程师们想知道是否可以通过交替加热和冷却来重新启动发生故障的执行器，这样热应力会导致执行器的组件以不同的速率膨胀和收缩，从而解除系统堵塞。在地面上积累了使用特制执行器的经验后，工程师们欣喜地发现，他们能够使用此程序在太空中重新启动扫描平台。不仅如此，他们还设计出技术，可以尽早诊断任何即将发生的执行器故障，从而解决问题。旅行者 2 号的扫描平台在天王星系统中运行良好。工程师们再次化险为夷。

巧妙的解决方案

旅行者 1 号和 2 号的设计初衷是只探索木星和土星系统。虽然它们的轨道会将它们带到天王星和海王星，但官方从未考虑将这些行星作为旅行者号的探索目标：该航天器预计无法持续那么长时间。由于土星系统的轨道要求，旅行者 1 号被抛向了一条永远不会遇到任何其他已知世界的路径；但旅行者 2 号却成功飞向天王星，现在正准备于 1989 年 8 月与海王星系统相遇。

在如此遥远的距离上，阳光会逐渐变暗，航天器向地球传输的无线电信号也会逐渐减弱。这些都是可以预见的但仍然非常严重的问题，也是喷气推进实验室的工程师和科学家在与天王星相遇之前必须解决的问题。

由于天王星的光照水平较低，旅行者号电视摄像机不得不进行较长时间的曝光。但航天器在天王星系统中飞驰的速度非常快（大约每小时 35,000 英里），图像会变得模糊不清——许多业余摄影师都有过这样的经历。为了解决这个问题，整个航天器必须在曝光期间移动以补偿运动，例如在行驶的汽车上拍摄街景时向相反的方向平移。这听起来可能比实际要容易：你必须补偿最随意的运动。在零重力下，记录图像的机载磁带录音机的启动和停止就足以使航天器抖动，从而使图像模糊不清。这个问题的解决方式是命令航天器推进器（灵敏度极高的仪器）稍微转动整个航天器，以补偿每个序列开始和结束时磁带录音机的抖动。为了弥补地球接收无线电功率低的问题，为相机设计了一种新的、更高效的数字编码算法，并将地球上的射电望远镜与其他望远镜连接在一起，以提高灵敏度。总体而言，从许多标准来看，成像系统在天王星上的表现比在土星甚至木星上的表现都要好。

JPL 工程师的创造力发展速度比航天器的老化速度更快。旅行者号在与海王星的接触后可能还没有结束探索。

当然，某些重要的子系统明天也有可能失效，但考虑到钚电源的放射性衰变，两艘旅行者号飞船大约可以在 2015 年之前将数据传回地球。到那时，它们将飞过地球与太阳之间一百多倍的距离，并可能穿透日球层顶，即行星际磁场和带电粒子被星际对应物取代的地方；日球层顶是太阳系边界的定义之一。

机器人与人类的伙伴关系

这些工程师是我们这个时代的英雄。然而几乎没有人知道他们的名字。我附上了一个表格，列出了在航海者号任务成功中发挥了核心作用的几位 JPL 工程师的名字。

在一个真正关心未来的社会中，唐·格雷、查理·科尔哈斯或霍华德·马德内斯会因其非凡的能力和成就而闻名，就像德怀特·古登、韦恩·格雷茨基或卡里姆·阿布杜尔·贾巴尔一样。

旅行者号已经成为一种新型的智能生物——半人半机器人。它将人类的感官延伸到遥远的世界。对于简单的任务和短期问题，它依靠自己的智慧；但对于更复杂的任务和长期问题，它求助于另一个更大的大脑——喷气推进实验室工程师的集体智慧和经验。这种趋势肯定会增长。旅行者号体现了 20 世纪 70 年代早期的技术；如果在不久的将来设计出这样的航天器，它们将在人工智能、数据处理速度、自我诊断和修复能力以及航天器从经验中学习的能力方面实现惊人的改进。在许多对人类来说过于危险的环境中，未来属于机器人与人类的伙伴关系，它们将承认旅行者号是先行者和先驱。

与所谓的国防工业的常规做法不同，旅行者号宇宙飞船按时按量交付，并且大大超出了设计规格和建造者的梦想。这些机器并不寻求控制、威胁、伤害或破坏；它们代表了我们天性中探索的一面，可以自由地漫游太阳系及更远的地方。

这种技术，以及它的研究成果，是向全世界所有人类免费公开的少数美国活动之一，它受到那些认为我们的政策不合意的人和那些在每一个问题上都同意我们的人同样钦佩。不幸的是，挑战者号航天飞机的悲剧意味着旅行者号后续任务的发射将令人痛苦地推迟，例如伽利略号木星轨道器和进入探测器。如果没有国会和白宫的真正支持，以及明确的长期 NASA 目标，NASA 的科学家和工程师将被迫寻找其他工作，而美国在太阳系探索方面的历史性胜利——以旅行者号为象征——将成为过去。行星任务是我们最擅长的事情之一——我的意思是对整个人类来说都是如此。我们是工具制造者——这是人类的一个基本方面，也许是本质。

问候外星人

两艘旅行者号太空船都处于逃离太阳系的轨道上。木星、土星和天王星的引力将它们抛向极高的速度，最终注定它们会完全离开太阳系，在平静、寒冷、漆黑的星际空间中漂泊数年——而事实证明，那里基本上没有侵蚀。

一旦离开太阳系，旅行者号飞船的表面将保持完好无损，持续 10 亿年或更长时间，绕行银河系中心。我们不知道银河系中是否还有其他太空文明。如果确实存在，我们也不知道它们的数量有多少。

但至少有可能，在遥远的未来，其中一艘旅行者号飞船会被外星飞船拦截。旅行者一号和旅行者二号是人类发射的最快的宇宙飞船；但即便如此，它们的飞行速度也非常慢，要花上数万年才能到达最近的恒星。而且它们并不是朝着附近的任何恒星飞行。因此，旅行者号不会有吸引“敌对”外星人来到地球的危险，至少在短期内不会。

因此，似乎应该在里面加入一些来自地球的问候语。应 NASA 的要求，我主持的一个委员会设计了一张唱片，贴在每艘旅行者号宇宙飞船的外面。唱片包含 116 幅数字形式的图片，描述了我们的科学技术、我们的机构以及我们自己；还有用多种语言发出的肯定是难以理解的问候语；一篇关于地球演化的声音文章；以及一个半小时的世界最伟大的音乐。但假设的外星人肯定与我们截然不同——他们在另一个世界独立进化。我们真的确定他们能理解我们的信息吗？然而，每当我感到这些担忧时，我都会安慰自己：无论旅行者号的唱片有多么难以理解，任何找到它的外星人都会有另一个标准来评判我们。

每艘“旅行者”号本身就是一条信息。它的探索意图、宏伟目标以及出色的设计和性能，都为我们传达着雄辩的信息。