太空通讯仍处于“拨号时代”,激光才是解决之道

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据国外媒体报道,在太空中,越来越人会听到你的尖叫——原应 声音不想在真空中传播,如何你要可否 五种类型的无线电波中继携载哪几个信息,况且太空距离非常遥远。无线电波适用于任何类型的通讯,类事:拍摄冥王星、火星、以及木星北极“地狱之花”。所有哪几个数据流就有通过无线电波传输至地球,广义上讲,无线电也是五种光,是五种非常微弱的光,无线电波具有光的波粒二象性。但这原应 空间通信会受到最棘手、最不便的规则限制——光速是有限的。

当前人类太空通讯仍发生“拨号时代”

全球首颗人造卫星发射于61年前,太空飞船依赖无线电波与地球进行通讯。如何让无线电波发生局限性,电波非常拥挤,更糟糕的是,无线电信号随距离增大而递减。面对日益增多的太空信号量,以及太阳系内多颗人造卫星和探测器交叉信号传输,美国宇航局和其他太空机构正在研究如何支撑和加快太空通讯。其他多层面公共工程项目正在建设中,便于空间通讯进入太空时代。

▲美国宇航局将蒙娜丽莎照片从地球发送至月球勘测轨道器,左图是传输那我的效果,显然图像变得失真,跳出模糊,右图是蒙娜丽莎原图。

在地球上,无论你在哪里,通讯就有即时的,这要归功于当当我们都 构建互联网的一系列通信设备。无线电波很容易穿过地球大气层传播,而手机和人造卫星技术可否在任何地方保持信息通畅。当信号传输较大距离时,无线电波会扩散,如何让通讯传输可否 大功率设备和大型天线。当当我们都 在太空通讯领域投入较大,相应的技术不断地升级,目前地球至火星的信号传输率为每秒1.5Mb,火星距离地球平均2亿公里;地球至冥王星的信号传输率为每秒1Kb,冥王星距离地球75亿公里。

美国宇航局推进实验室有点儿项目主管史蒂芬·利奇滕(Stephen Lichten)说:“从火星向地球传输一张图片的速率单位是冥王星向地球传输速率单位的50000倍,当当我们都 里可否将机器人发送至太阳系之外,如何让它们仍然以拨号连线进行通讯。”

深空网络能力有限,几乎老要满负荷运行

通常情况下,太空飞船通过“深空网络(DSN)”与地球进行联系,深空网络是由美国宇航局运营的另有一一4个 巨大无线电天线阵列,该天线网络分布在全球4个地点,它是全球“太空舰队”的生命线,如何让深空网络工作能力有限,如何让它们几乎老要满负荷运行。利奇滕说:“当地球轨道遍布通讯任务时,当当我们都 当前的调度技术协调得非常好。然而随着太空任务的日益增多,将变得更具挑战性,类事:在同一时间有小量的发射计划,如何让它们发射目的地是相同的。”

▲太空飞船依赖无线电波与地球进行通讯。如何让无线电波发生局限性,电波非常拥挤,更糟糕的是,无线电信号随距离增大而递减。

2017年,美国宇航局火星项目主管表示,美国宇航局非常关注深空网络,很原应 该系统在2020年和2021年超负荷运行,届一定会有小量火星太空任务,其中包括:SpaceX、印度、阿联酋、欧洲航天局和美国宇航局的火星探测器。作为发表声明,利希滕说:“美国宇航局将进行小量升级和改造,来应对通讯超负荷疑问,包括与其他国家建立协作者关系,以及获得美国摩海德州立大学的技术支持,在必要的那我使用其他机构的天线设备。哪几个法子将很大程度地减少美国宇航局对于火星通讯拥堵的顾虑和担忧。”

尽管越来越,通讯容量疑问并未消除,如何让深空网络天线阵列的更新升级正在进行之中。深空网络项目主管桑尼·吉劳克斯(Sonny Giroux)说:“未来需求将远大于可用性。”据悉,目前Peraton公司与喷气推进实验室签订深空网络天线阵列运营的分包合同。近期Peraton公司与美国宇航局一同开发了另有一一4个 项目,对每个天线装配另有一一4个 独立的深空接收器,那我里可否实现另有一一4个 天线完成另有一一4个 天线的工作。太空飞船能一同向地球拨打电话,一同软件里可否分类数据流。这原应 地球轨道近500个太空飞船试着与地球建立通讯时能分类数据,一同不想接收到其他熟知的乐曲。

甚至还有更好的出理 法子,美国宇航局正在测试五种叫做“中断容错网络”的星际互联网络,它基本上是五种中继站系统,可否中转信息数据,作为另有一一4个 缓冲,出理 信息延迟原应 跳出故障,未来太空飞船原应 拥有买车人的小型中继站。目前,美国宇航局正在做其他方面的积极尝试,计划今年5月份发射的火星任务建立小规模中继站,届时将携载两颗中继卫星,发送飞船下降和着陆的实况信息。

预计“洞察号火星登陆器(InSight Mars lander)”最早于今年5月份发射,11月26日登陆火星皮下组织,它将研究火星历史和组织组织结构特征。通常情况下,像“洞察号火星登陆器”那我的太空任务准备登陆,它将使用“火星轨道勘测器”原应 “火星奥德赛轨道器”作为与地球通讯的中继站。如何让这两颗探测器在这段时间里无法提供帮助,原应 它们不须发生至少的空间位置,将信息数据直接发送至地球。如何让,美国宇航局将部署两颗叫做“火星立方1号(Mars Cube One)”的中继卫星,它们将具算是线电中继作用。“火星立方1号”任务主管、喷气推进实验室工程师安迪·克雷什(Andy Klesh)称,这两颗卫星将可否接收到“洞察火星登陆器”下降时的信息,如何让再发送至地面工作人员,整个过程确保一切运行正常。

当当我们都 仅需等待时间另有一一4个 小时,就能知道价值10亿美元的太空飞船算是完好。如何让越来越人希望那我做,一同有更多的权宜信息原应 对于航天器安全着陆十分有益(原应 理解原应 不那我做得话,会有哪几个疑问)。“火星立方1号”卫星长14.4英寸、宽9.5英寸、高4.6英寸(至少是科思科麦片盒大小),比普通卫星小其他,价格相当便宜其他。原应 一切顺利,类事的小型、廉价中继器可用于火星原应 月球监控任务,在那里轨道飞行器较少,如何让老要超负荷工作,可否 排列时间,并缺少速率单位。

激光通讯系统是未来发展方向

五种目前而言无线电天线仍然是太空通信的支柱,但目前未来发展方向是激光通讯系统。该系统可否编码数据在一束可见光(与无线电波截然相反),那我在太空飞船和地球之间进行传输。聚焦激光操作的波长范围比无线电波短1万倍,原应 激光每秒能载波更多信息。如何让,激光数据传送速率单位是无线电波系统的10-5000倍,一同,激光可否在很远的距离保持一定的信号速率单位。

据悉,这项技术首次是2013年在月球轨道进行测试,当时月球勘测轨道器在检查月球陨坑和地形特征时,一同接收到了蒙娜丽莎的图像。这次信息传送首次标志着科学家使用激光在太空中发送信息,如何让美国宇航局仍可否 在更大范围内进行测试。

“激光通信中继演示任务(Laser Communications Relay Demonstration mission)”将于2019年全面展开,该任务是通过向卫星传送数据。紧随其后的是“普赛克任务(Psyche)”,探测器可否抵达一颗小行星黑色心脏区域,像“洞察号火星登陆器”一样,它可否提供实时勘测信息。普赛克任务的“深空光学通讯实验”将测试另有一一4个 最新深空光端机和地面数据系统,使用近红外激光在太空和地球之间传送数据。如何让预计普赛克探测器最早于2022年发射升空。

月球勘测分析研究所(LEAG)退休主席、地球化学家克莱夫·尼尔(Clive Neal)称,未来地球和月球之间的通信线路会变得更加繁忙,尤其原应 美国研发其长期计划和备受争议的“月球轨道平台-大门”(简称LOP-G,可实现地月信息传送)。LOP-G将是邻近月球的另有一一4个 太空栖息基地,一同它是另有一一4个 电力站和通讯站。一同,地球人造卫星原应 拥有独立的通信网络,尤其原应 人类探索者返回地球时,太空通讯将变得尤为重要。

他还指出,当前其他国家太空机构已经 已经 刚开始了了勘测月球,而就有火星,这是美国曾勘测过的星球,未来美国将引领当当我们都 再次探索地月系统之外的空间。

就像所有事情那样,金钱原应 决定深空网络的未来发展,以及所有的空间通信。利希滕表示,深空网络的运营商老要忙于出理 维护升级该项目的预算需求,深空网络非常稳定,但要持续保持其他情况,可否 时刻保持警惕。