根據9月30日來自國家航天局的訊息,中國首枚火星探測器祝融號,由於火星環境的變化,將切斷與地球之間的聯絡,進入沉睡狀態。
與此同時,美國的毅力號火星車也停止了大部分探測任務,進入了待機自持狀態。
數億公里之外的火星,究竟發生了什麼情況,令中美兩國的探測器都如此如臨大敵?
“日凌”現象
日凌現象一般用來描述人類發射的環繞地球人造衛星和地球、太陽處於一條直線上時,衛星返回的訊號受到太陽發射出的強烈電磁波干擾,出現的資訊失真事件。
最近一次的日凌現象是2021年9月26日至10月16日,中國廣播電視節目傳輸衛星進入日凌期,各地的廣播電視均出現了不同程度上的雪花、噪音和馬賽克現象。
對於這一次火星探測器失聯情況,不少人希望用日凌現象進行簡單的解釋,實際上這是並不準確的。
由於地球和火星執行軌道平面比較相近,所以會出現一個特定的時間點,使得火星太陽地球處在同一條直線上。
太陽龐大的體積從物理上隔斷了火星探測器與地球之間的聯絡,並且其作為太陽系內最強的訊號源對於探測器的返回訊號有著巨大的干擾作用。
雖然與地球上的日凌現象受太陽影響的原理相同,但是火星探測器的失聯現象主要受地球與火星之間相對位置的影響,而非如同地球上的日凌一樣集中發生在春分及秋分日周圍。
在這說,火星通訊主要依賴地面站接受,即使地球同步軌道衛星受到影響,也不至於把火星探測器停機了來應對。
所以在這裡使用太陽干擾進行解釋,而不是“日凌”這種專有名詞較為合適。
應對之策
在深空探測專案裡,太陽對通訊的影響一直是最主要的幾個因素之一。
2018年9月5日,太陽發生了M4.2級耀斑事件。
當時北京處於向陽時間,紫外線與X光直接衝擊這一地區。
京津冀周圍發生電離層擾動,在這幾十分鐘內,京津冀短波通訊受到極大的干擾,幾乎無法進行。
由於太陽本身蘊含的能量過於龐大,即使集中目前人類所有的能源進行遠端通訊也會被淹沒在太陽海量的全波段干擾中,更別說探測器那一小塊只有幾平方米的太陽能板的能量了。
所以各國針對這種情況的應對方式就是如同題目一樣,停止大部分的科考活動,裝置進入低消耗待機狀態,等待太陽干擾時間的過去。
其他解決方法
目前對於這種問題的主要解決方法有兩種:1、探測器內建強人工智慧;2、中繼衛星方法。
先說第1種方法,透過強化探測器的智慧能力,使得探測器在與地球失去聯絡的過程中,依舊能夠自主完成探測任務,並將探測資料儲存在機載的儲存器中登到通訊重新連線,再一次性的將探測資料傳回地球。
這也是目前深空探測器的主要發展方向,隨著人類探索,宇宙深度的逐漸增加,訊號延遲和訊號衰弱帶來的通訊問題愈發地不可避免,地表控制訊號也愈發微弱,讓探測器變得更加聰明就成了一條解決方案。
但是即使是在地球上,超級計算機海量運算能力的加持之下強人工智慧也依舊是進度緩慢。
人類的大腦是地球上最為複雜的組織之一,希望透過程式去模擬人類的決策過程,在數十年之內看不到突破的希望。
接下來就是第2種方法,中繼衛星的方法。
這是一種比較成熟的解決方案,在我國嫦娥4號探測月球背面時,月球本身也成了阻礙地球與嫦娥4號通訊的一大障礙。
我們透過發射鵲橋號中繼衛星,繞過了月球本身搭建了一條略帶折角的通訊線路,成功解決了通訊問題。
在火星探測任務中,我們可以發射一枚環繞太陽的衛星,這顆衛星位於地球與火星之間,地球火星衛星之間呈三角形,就可以在一定程度上繞過太陽的輻射干擾。
但是透過中繼衛星繞路,在一定程度上也增加了訊號的傳輸路程,增大了訊號的延遲與衰減,這也是為何目前並沒有類似任務的應用於火星探測衛星。
順帶一說,目前人類發射的走得最遠的探測器是1977年9月5日發射的旅行者1號探測器。
在經過幾次引力加速之後,旅行者1號也成了人類目前已有的飛行速度最快的飛行器,在2012年8月25日NASA正式宣佈旅行者1號衝出太陽圈,進入星際介質。
有利於通訊技術的提高,2017年NASA重新建立了與旅行者1號之間的通訊,並且透過控制旅行者1號上的4枚姿態調整推進器,再次延長了NASA資料通訊2~3年的時間。
目前旅行者1號與地球間的距離,已經超過地球與太陽之間距離的160倍以上,在這個距離上,太陽能已經微弱的可以忽略不計,它與地球之間的傳輸能量主要依靠飛行器上攜帶的鈽核燃料電池提供。
這也是限制深空探測中繼衛星方案的一大問題,旅行者1號上的鈽燃料電池將在2036年徹底耗盡,在這之後他將與地球失去聯絡。
中繼衛星方案僅可利用於小行星帶內部的宇宙間通訊,在更加遙遠的宇宙深處,最終還是需要人工智慧的方法。
總結
太陽系只是銀河系中微不可見的一隅,而銀河系也只是恆河沙數般的星系中普普通通的一個,相對於宇宙的浩瀚,人類短短几十年的壽命實在是太過渺小。
在這樣的背景組織下,許多人質疑航天技術發展的意義,畢竟至少在大多數人的有生之年,移民月球、征服火星這種宏大的場景是無法實現的。
但是,兔子覺得正是這種離開自己的舒適圈,努力探索未知世界的冒險精神才是人類最偉大的讚歌。
畢竟人類最偉大的讚歌就是勇氣的讚歌。