¿Cómo se comunica la Tierra con la Voyager I?

Sabemos exactamente dónde está la nave espacial y sabe muy bien dónde estamos nosotros. La distancia no agrava el problema de la precisión del objetivo, de hecho, cuanto más separados, menos movimiento relativo, por lo que el objetivo se vuelve más fácil. El problema es la atenuación de la señal por dispersión. es decir, al doble de la distancia, la señal será una cuarta parte de la fuerza.

La solución, para Voyager, ha sido que nuestros receptores y transmisores terrestres han aumentado tanto en precisión como en sensibilidad varias veces más rápido que la señal de Voyager que se ha ido debilitando debido a la distancia. De hecho, si la fuente de energía hubiera durado, ya tenemos la capacidad de recibir una señal como la de un viajero desde miles de veces la distancia. Cuanto más grande sea su antena, más cerca podrá enfocar su vista. Una vez que lleguemos a construir la matriz de kilómetros cuadrados (2025 más o menos), tendríamos la capacidad de escuchar una señal similar desde un rango de varios años luz.

Como siempre, una comunicación vía radiación electromagnética depende de ambos extremos. El enlace ascendente desde la tierra se puede hacer con mucha potencia y platos grandes, por supuesto. El enlace descendente está limitado a la potencia de la batería nuclear a bordo, ¡pero tiene un plato bastante impresionante de 2,7 metros!. Además de eso, usan una tasa de bits bastante lenta, creo que con mucha redundancia. Todo esto es tecnología de la información común cuando se trata de malas conexiones con señal no muy por encima del ruido.
Los detalles se dan en Wikipedia:

Las comunicaciones de enlace ascendente se realizan a través de la banda S (velocidad de comando de 16 bits/s), mientras que un transmisor de banda X proporciona telemetría de enlace descendente a 160 bit/s normalmente y 1,4 kbit/s para la reproducción de datos de ondas de plasma de alta velocidad. Todos los datos se transmiten y reciben en la nave espacial a través de la antena de alta ganancia de 3,7 metros.

La pregunta ya ha sido respondida bastante bien, pero creo que valdría la pena una mayor explicación de por qué las antenas grandes ayudarían...

Las antenas tienen una propiedad llamada "ganancia", lo que significa que funcionan mejor en una dirección (o en varias direcciones, según el tipo de antena) y menos en otras, por lo que una antena transmisora ​​con alta ganancia envía su señal en un haz preciso. , y una antena receptora con alta ganancia recibe mejor desde una dirección precisa y en su mayoría ignora las señales de otras direcciones.

Bueno, la ganancia de una antena depende del tipo de antena que sea y de la relación entre su tamaño y la longitud de onda de la señal. Lo que esto significa para nosotros es que si quieres una antena de ganancia realmente alta... tiene que ser grande en comparación con la longitud de onda de la señal.

El tamaño de la antena de la sonda es fijo, pero es bastante grande, por lo que tiene una gran ganancia: envía su señal directamente a donde sabe que está la Tierra. En la Tierra, seguimos usando antenas cada vez más grandes para hablar con la sonda, por lo que obtenemos ganancias cada vez mayores, y una antena de alta ganancia dirigida correctamente capta más señal y menos ruido.

(Hay otros factores involucrados, por supuesto, pero es por eso que las grandes antenas son importantes).

Tenga en cuenta que cuanto mayor sea la ganancia de su antena, más importante es que esté dirigida con precisión. Pero cuando hablamos con sondas como esta, estamos apuntando la antena con extrema precisión.

Pero para algo como el WiFi en su casa... las antenas de alta ganancia tienden a ser algo malo en lugar de algo bueno, porque significa que el alcance es bueno (mejor que una antena de menor ganancia) en las direcciones dadas. pero malo (peor que una antena de menor ganancia) en otros.