人類探索火星還處於初步階段,NASA已經發射了多個探測器著陸火星。中國也成功在火星表面著陸了祝融號火星車,這算得上目前最前沿的火星探索任務了。
“天問一號”已經失聯?通訊被全頻段阻塞干擾
藉助探測器探索太陽系的行星,不僅面臨距離過長通訊時延太大的問題,而且如果出現行星凌日的狀況,也會阻礙探測器與地球之間的通訊。地火之間直接電磁通訊,大部分時候是沒有什麼問題了。
然而因為火星和地球繞太陽運轉,並不處於同位的角度。當火星運轉到太陽一側,地球處於太陽另一側,地火之間的通訊就會被遮蔽。近期毅力號和天問一號以及祝融號火星車,都和地球失去了聯絡。地面控制中心接收到的所有頻道,都被高強度的噪聲淹沒。
地球與火星探測器之間的聯絡,是分成多個頻道進行的,這能保證有足夠的頻段保持通訊的暢通。然而縱使通訊頻段再多,在太陽的電磁干擾面前,都沒法不受影響。NASA探索火星多年,對於地火之間通訊中斷早已十分熟悉。
太陽劇烈的電磁輻射影響電磁訊號傳輸
每次火星凌日或者地球凌日的時候,地火之間就沒法正常進行無線通訊。太陽為何有如此巨大的通訊遮蔽作用呢?這跟太陽的結構相關,太陽本體的核聚變反應產生大量光和熱,與之伴隨的是覆蓋全頻段的電磁波。
日冕層是另一個電磁波來源,日冕層有大量高溫帶電粒子,這些粒子碰撞就會產生很強的電磁輻射。不過因為太陽距離地球有1.5億公里,電磁輻射到達地球附近,強度已經比較弱了。火星凌日是火星處於太陽黃道面另一側,地球上的電磁訊號自然沒法不受太陽電磁輻射影響。
如果是地球凌日的話,地火之間的通訊也會受影響,但沒有火星凌日那麼嚴重。而且地球的軌道更靠近太陽,所以地球凌日的時間更短。這次火星凌日將導致地火通訊中斷大約半個月左右,在這期間火星車不會繼續在火星表面行進,但也不會停機。相應資料處理還是得及時進行的,在太陽電磁干擾結束後,探測器就能直接將資料傳輸回地球。
既然地火之間通訊會受到太陽的影響,那麼有沒有什麼方法可以繞過太陽進行通訊呢?解決這一問題也很簡單,只需建立中繼通訊衛星網路。有了中繼衛星作為資料中轉站,就可以不受太陽電磁干擾。
建立中繼通訊衛星網路能避免太陽電磁輻射干擾
隨著人類對外太陽系探測的推進,中繼通訊的作用也會越發明顯。雖然中繼衛星能夠覆蓋更廣的範圍,但通訊時延會進一步延長,所以這種方案並不能真正解決通訊的問題。而且要建立全面的中繼衛星通訊網路,還需要地面通訊站的配合。
在全球多地建立適配的地面接收站,才能及時捕獲訊號。中國的行星探索計劃進行沒多久,想要建立健全完善的衛星中繼通訊網路,仍需要足夠長一段時間。相比這種有較大時延的通訊方式,量子通訊則具有極大的優勢。
量子通訊時延很小,如果要探索太陽系外圍的柯伊伯帶,電磁通訊就顯得過於落後了。接收一次資料就得數天時間,而且訊號損失嚴重,不符合大量資料的傳輸要求。
鐳射通訊能一次性傳輸足夠多資料,這也是取代電磁通訊的一種新的通訊方式。未來人類殖民火星建立火星基地,和地球之間的聯絡會採取鐳射通訊的方式。還能滿足高速網路資料傳輸的要求。