传奇天文学家卡尔·萨根夜不能寐的一个担忧是，外星人是否能理解我们。20世纪70年代中期，萨根领导美国国家航空航天局（NASA）成立的一个委员会，收集了代表地球的图像、录制好的问候语和音乐。这些蒙太奇被压制成金唱片，并搭乘旅行者1号和2号飞向宇宙。
在萨根为《大众科学》撰写的1986年的一篇文章中，他指出“假设中的外星人必然与我们非常不同——独立地在另一个世界演化”，这意味着他们可能无法解读金唱片。但他从旅行者号信息中一个被低估的维度获得了慰藉：飞船本身的设计。
“我们是制造工具的人，”萨根写道。“这是人类的根本特征，也许是本质。”除了发送一个相当于客厅大小、铝制框架的探测器横跨整个银河系，还有什么更好的方式能告诉外星文明地球人是制造工具的人呢。
尽管两艘航天器最初的设计只是飞掠木星和土星，但旅行者2号的轨迹还将它送到了天王星和海王星。尽管一路上遇到了无数的挫折——也得益于NASA工程师精英般的工具制造技能——这艘探测器仍然状况良好，能够传回那些遥远世界的近距离照片。2012年，旅行者1号成为第一艘星际航天器，旅行者2号不久后也紧随其后。“一旦离开了太阳系，”萨根写道，“航天器的表面将保持完好无损，持续数十亿年甚至更长时间”，可见其设计的坚固程度。
如今，这两艘探测器距离地球120亿至150亿英里，仍然能够运行（尽管最近出现了通信困难），并且在相对平静的星际空间航行。预计它们还能再向地球传输数据一年左右，直到它们的钚电池失效。
20世纪初的无线电发明家古列尔莫·马可尼曾提出，无线电信号永不消亡，只会随着空间和时间的传播而衰减。即使旅行者号航天器的通信停止，也许地球首批使者微弱的声音，由近半个世纪前NASA的顶级工具制造者赋予生命，将继续漂浮在宇宙中，永远流传，可供那些配备了足够灵敏接收器的遥远文明接收。
“旅行者号的胜利”（卡尔·萨根，1986年10月）
一位著名的科学家讲述了旅行者号工程师鲜为人知的故事，他们是一支敬业的团队，他们一次又一次地克服了技术上的困难，确保了这些探索外太阳系的史诗般任务的成功。
卡尔·萨根是康奈尔大学行星研究所所长，自1970年以来一直是旅行者号成像科学团队的成员。他的《宇宙》特别版将于今年秋季播出。
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。这次近距离接触只持续了几个小时，但忠实传回地球的数据彻底改变了我们对这颗碧绿行星、它十几个卫星、漆黑的行星环以及高能带电粒子辐射带的认识。旅行者2号和它的同伴旅行者1号以前也做过类似的事情。1979年在木星，它们勇敢地承受了高达人类致死剂量的1000倍的带电粒子辐射（《大众科学》1979年7月刊）；在所有这些辐射中，它们发现了这颗最大行星的行星环、地球以外的第一个活动火山，以及一个可能是无大气层世界的地下海洋——以及其他几百项重大发现。1980年和1981年在土星，两艘航天器在坠入前所未见的行星环时，冒着被微小冰粒撞击的危险；在那里，它们发现的不是几个，而是数千个土星环，一些冰卫星因未知原因近期融化，以及一个拥有液态碳氢化合物海洋、上面覆盖着有机物云的大型行星（《大众科学》1981年3月刊）。这些航天器向地球传回了四万亿比特的信息，相当于约10万卷百科全书。
由于我们被困在地球上，我们不得不透过扭曲的空气海洋去窥视遥远的世界。很容易理解为什么我们的航天器彻底改变了太阳系的研究：我们升入真空太空的纯净清晰中，在那里接近我们的目标，飞掠它们，绕行它们，或降落在它们的表面。这些近邻世界有许多可以教会我们关于我们自己的东西，而且——除非我们愚蠢到毁掉自己——它们将像今天的美国人熟悉邻近州一样，对我们的后代来说会是熟悉的。
旅行者号及其同类是人类创造力的奇迹。就在旅行者2号即将接近天王星系统之前，任务设计安排了一次最终的航线修正，短暂启动 onboard 推进系统，以便在飞掠运行中的卫星时将旅行者号定位正确。但航线修正证明是不必要的。在长达50亿公里的弧形航行后，这艘航天器已经接近了其设计轨迹200公里以内。这大致相当于在50公里外穿过针眼投掷一颗图钉，或者在纽约发射你的目标手枪，却击中了达拉斯的靶心。
行星宝藏的信息由旅行者号上的无线电天线传回地球；但地球太遥远了，以至于当信号被地球上的射电望远镜接收到时，接收到的功率仅为10^-16瓦（小数点后有十五个零）。将这个微弱的信号与普通阅读灯的功率进行比较，就像将一个原子的宽度与地球到月球的距离进行比较一样。（顺便说一句，第一张在太空中拍摄的地球和月球合影，就是由旅行者号航天器之一获得的。）
我们倾向于多听闻传回的壮丽景象，而很少听到运送它们的飞船，或造船者。一直都是这样。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”的建造者，甚至关于克拉维尔帆船的原理。尽管有充分的先例，但这仍然是不公平的：旅行者号工程团队及其成就理应得到更广泛的认识。
旅行者号航天器由美国国家航空航天局（NASA）位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室（JPL）设计、组装和运行。该任务构想于20世纪60年代末，于1972年首次获得资助，但直到1979年木星飞掠之后，才在1979年木星飞掠之后批准了包含天王星和海王星近距离接触的当前形式。两艘航天器于1977年夏末秋初，由卡纳维拉尔角的一个不可重复使用的泰坦/半人马座助推器发射。重约一吨的旅行者号可以填满一个大小适中的起居室。每艘航天器通过一个将放射性钚转化为电力的发电机，仅消耗约400瓦的电力——远低于普通美国家庭的用电量。测量星际磁场的仪器非常灵敏，以至于航天器内部的电流流动会产生虚假信号。因此，该仪器被放置在一个从航天器伸出的长长的吊杆末端。加上其他突出部分，这使得旅行者号看起来有点像豪猪。两台相机、红外线和紫外线光谱仪以及一个名为光度计的仪器安装在一个扫描平台上；平台可以旋转，以便这些仪器能够指向目标行星。航天器的天线必须知道地球的位置，才能将传输的数据在家中接收到。航天器还需要知道太阳的位置以及至少一颗明亮的恒星，这样它才能在三维空间中定向，并正确地指向任何经过的行星。如果不能指向相机，那么在数十亿英里外传回照片就毫无意义。
在轨维修
每艘航天器的成本大约与一架现代战略轰炸机相当。但与轰炸机不同的是，旅行者号一旦发射，就无法送回机库进行维修。
因此，航天器的计算机和电子设备采用了冗余设计。当旅行者号遇到问题时，计算机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，往返的通信（光和无线电）时间也在增加，当旅行者号到达天王星的距离时，已接近六个小时。
因此，在紧急情况下，航天器需要知道如何进入安全待机模式，同时等待来自地球的指令。随着航天器的老化，预计其机械部件和计算机系统将发生越来越多的故障，尽管目前还没有出现严重内存退化的迹象，也就是所谓的“机器人阿尔茨海默病”。当发生意外故障时，专门的工程师团队——其中一些人自旅行者号项目启动以来一直参与其中——被指派来“处理”问题。他们将研究潜在的基础科学，并利用他们过去与故障子系统打交道的经验。他们可能会用从未发射过的相同旅行者号航天器设备进行实验，甚至制造大量发生故障的组件，以获得对故障模式的一些统计学理解。
1978年4月，发射近八个月后，一项被遗漏的地面指令导致旅行者2号的 onboard 计算机从主无线电接收器切换到其备用接收器。
在下一次向航天器发送地面信号时，接收器拒绝与地球信号锁定。一个名为“跟踪环路电容器”的组件发生故障。在旅行者2号失联七天后，其故障保护软件命令关闭备用接收器，并重新开启主接收器。但奇怪的是，主接收器几分钟后发生故障：它再也没有恢复。旅行者2号现在面临根本性的危险。尽管主接收器发生了故障，但 onboard 计算机仍然命令航天器使用它。地球上的控制人员无法命令旅行者号切换回备用接收器。更糟糕的是，由于电容器故障，备用接收器将无法接收来自地球的命令。最终，在连续一周的命令静默后，计算机被编程为自动在两个接收器之间切换。
在那一周的时间里，JPL的工程师设计了一种创新的命令频率控制程序，使少数关键命令能够被损坏的备用接收器理解。
这意味着工程师们能够与航天器进行少量通信。不幸的是，备用接收器变得不稳定，对航天器各个组件在通电或断电时产生的多余热量变得极其敏感。在接下来的几个月里，JPL工程师设计并进行了一系列测试，使他们能够充分了解航天器大多数运行模式对其接收地球命令能力的热影响。备用接收器的问题得到了完全规避。正是这个备用接收器接收了来自地球的所有命令，如何收集木星、土星和天王星系统的数据。工程师们拯救了这次任务。（但为了安全起见，在旅行者号的后续飞行的大部分时间里， onboard 计算机中都为即将遇到的下一颗行星预设了一个标准的数采序列。）
另一次令人心碎的故障发生在1981年8月，旅行者2号在最接近土星后不久从中出现。扫描平台一直在方位角方向快速移动——在行星环、卫星和行星本身之间快速指向，在最接近行星时。突然，平台卡住了。一个卡住的扫描平台显然意味着未来图片的数量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驱动，因此JPL工程师首先在模拟任务中运行了一个相同的飞行执行器副本。地面执行器在旋转348圈后发生故障：而航天器上的执行器在旋转352圈后发生故障。问题是润滑失效。显然，用油壶是不可能追上旅行者号的。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，从而解开系统。在地面上使用特制执行器积累经验后，工程师们欣喜地发现，他们能够使用这种程序在太空中重新启动扫描平台。更重要的是，他们设计了技术来尽早诊断任何即将发生的执行器故障，以便绕过这个问题。旅行者2号的扫描平台在天王星系统中工作得非常完美。工程师们再次拯救了局面。
巧妙的解决方案
旅行者1号和2号最初的设计目标仅是探索木星和土星系统。虽然它们的轨迹会将它们带到天王星和海王星，但官方从未将这些行星视为旅行者号的探索目标：航天器本不应持续那么久。由于土星系统的轨道要求，旅行者1号被送上了一条永远不会遇到任何其他已知世界的轨道；但旅行者2号却以辉煌的成功飞往天王星，现在正前往1989年8月与海王星系统的近距离接触。
在这些巨大的距离上，阳光越来越暗淡，航天器传回地球的无线电信号也越来越微弱。这些都是可预测但仍然非常严重的问题，JPL的工程师和科学家在与天王星近距离接触之前也必须解决。
由于天王星的光线昏暗，旅行者号的电视摄像机被迫进行长时间曝光。但航天器以约每小时35,000英里的速度飞过天王星系统，图像会变得模糊不清——这是许多业余摄影师都会有的经历。为了克服这一点，整个航天器在曝光期间必须移动，以补偿运动，就像在驾驶汽车拍摄街景时，向与你相反的方向平移一样。这听起来比实际要容易：你需要补偿最微小的运动。在零重力环境下， onboard 录像机启动和停止的微小振动就足以使航天器晃动，导致图像模糊。这个问题通过指令航天器推进器（极其灵敏的仪器）来补偿，通过在每次序列开始和结束时稍微转动整个航天器，来抵消录像机引起的晃动。为了补偿地球上接收到的微弱无线电功率，为相机设计了一种新的、更高效的数字编码算法，并且地球上的射电望远镜与其他望远镜联合起来以提高灵敏度。总的来说，成像系统在许多标准下，在天王星的表现比在土星甚至木星时更好。
旅行者号已成为一种新型智能生命——半机器人，半人类。它将人类的感官延伸到遥远的星球。
JPL工程师的创造力增长速度超过了航天器的退化速度。旅行者号在与海王星近距离接触后可能还没有完成探索。
当然，存在着某个关键子系统明天就可能发生故障的可能性，但就钚动力源的放射性衰变而言，这两艘旅行者号航天器将能够向地球传回数据，直到大约2015年。届时，它们将已经行驶了超过地球到太阳距离的100倍，并且可能已经穿过了日球层顶，即星际磁场和带电粒子被其星际对应物取代的地方；日球层顶是太阳系边界的一种定义。
机器人-人类伙伴关系
这些工程师是我们时代的英雄。然而，几乎没有人知道他们的名字。我附上了一张表格，列出了一些在旅行者号任务成功中发挥核心作用的JPL工程师的名字。
在一个真正关心其未来的社会中，唐·格雷、查理·科尔哈斯或霍华德·马德内斯，将因其非凡的能力和成就而与德怀特·古登、韦恩·格雷茨基或卡里姆·阿卜杜尔-贾巴尔一样广为人知。
旅行者号已成为一种新型智能生命——半机器人，半人类。它将人类的感官延伸到遥远的星球。对于简单的任务和短期问题，它依赖于自身的智能；但对于更复杂的任务和长期问题，它则求助于另一个，相当大的大脑——JPL工程师的集体智慧和经验。这一趋势必将增长。旅行者号体现了20世纪70年代初的技术；如果要在不久的将来设计这样的航天器，它们将包含人工智能、数据处理速度、自我诊断和修复能力以及从经验中学习的能力方面的惊人改进。在许多对人类过于危险的环境中，未来属于机器人-人类伙伴关系，它们将视旅行者号为先驱和先驱。
与所谓的国防工业中似乎普遍存在的模式不同，旅行者号航天器按时、按预算完成，并且其设计指标和建造者的美好愿望都远远超出。这些机器不寻求控制、威胁、伤害或毁灭；它们代表了我们探索本性的一部分，得以自由地漫游太阳系及更远的地方。
一旦离开太阳系，航天器的表面将保持完好无损，持续数十亿年甚至更长时间，当旅行者号绕着银河系中心运转时。
这种技术，其发现向所有人类自由公开，是美国为数不多的能让那些对我们的政策持反对意见的人以及那些在所有问题上都同意我们的人同样钦佩的活动之一。不幸的是，“挑战者号”航天飞机的悲剧意味着旅行者号的后续任务（如“伽利略号”木星轨道器和探测器）将推迟痛苦的发射。如果没有国会和白宫的真正支持，以及NASA明确的长期目标，NASA的科学家和工程师将被迫寻找其他工作，美国在太阳系探索方面的历史性辉煌——以旅行者号为象征——将成为过去。行星探测任务是我们做得最好的事情之一——我指的是全人类。我们是制造工具的人——这是人类的根本特征，也许是本质。
问候外星人
两艘旅行者号航天器都处于逃离太阳系的轨道上。木星、土星和天王星的引力场以极高的速度将它们抛出，最终注定要离开太阳系，并在寒冷、黑暗的星际空间中漂泊万年——那里，实际上没有侵蚀。
一旦离开太阳系，航天器的表面将保持完好无损，持续数十亿年甚至更长时间，当旅行者号绕着银河系中心运转时。我们不知道银河系中是否有其他太空文明。即使它们存在，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，其中一个旅行者号会被一艘外星飞船拦截。旅行者1号和2号是人类发射的最快的航天器；但即使如此，它们的速度仍然很慢，要到达最近的恒星还需要数万年。而且它们也不是朝着任何附近的恒星飞去。因此，旅行者号吸引“敌意”外星人到地球的危险性至少在短期内是不存在的。
因此，似乎有必要包含来自地球的问候信息。应NASA的要求，一个由我主持的委员会设计了一个留声唱片，并将其固定在每艘旅行者号航天器外部。唱片包含116张数字图像，描述了我们的科学技术、机构和我们自己；以及肯定会难以理解的多种语言的问候；一个关于我们行星演化的声音短文；以及一个半小时的世界伟大音乐。但假设中的外星人必然与我们非常不同——独立地在另一个世界演化。我们真的确定他们能理解我们的信息吗？然而，每次当我感到这些担忧涌上心头时，我都会安慰自己：无论旅行者号唱片有多少不可理解之处，任何找到它的外星生命都将有另一个衡量我们的标准。
每一艘旅行者号本身就是一个信息。它在其探索意图、其目标的宏伟抱负以及其卓越的设计和性能中，都在雄辩地代表着我们。
