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打星际电话?试试换到深空网! 365纺织网

时间:2021-03-01 20:26:25作者:佚名

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简介:NASA火星计划的信息传输是由一个名为Deep Net的全球项目支持的。为了确保探测器能够在地球自转的任何时候与地球通信,该项目在西班牙马德里的加利福尼亚沙漠和澳大利亚堪培拉建立了通信站。

NASA需要确保毅力号火星车具有全信号强度。为了让这辆汽车大小的漫游者“打电话”到地球,美国宇航局依靠1958年建立的通信网络来实现其目的。

本周一是一个里程碑:美国国家航空航天局(NASA)的“坚韧号”探测器10天发射倒计时正式开始。

上图为美国宇航局喷气动力实验室制造的火星车“毅力”概念图。来源:维基百科

在毅力号被送往火星之前,美国宇航局需要确保我们在火星漫游时仍然可以与火星车保持联系。通过一个名为“深空网”的全球天线网络,我们肯定能做到这一点。

毅力任务的主要目标是找到火星上可能存在古代生命的证据。这些证据将有助于科学家更好地了解火星的过去(他们怀疑火星在过去的某个时候是潮湿的,适合生命存在)。当然,漫游者将为未来的样品返回做一些取样和包装工作。

桑尼·吉鲁(Sonny Giroux)是深空网络项目研发负责人,他工作的商业航天公司帕拉顿(Paraton)与NASA合作,执行“坚忍不拔”的任务。他把和火星的通信比作“打电话”,把通信网络本身比作AT & T等通信网络,当然实际情况会复杂得多。

在接受媒体Inverse采访时,吉鲁回答说:“这些年来,情况真的没有发生实质性变化。你要说什么,只是来回传递的信息量变了。”

深空网由世界各地的天线网络组成,其中一个如上图所示,位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的黄金柊司。来源:逆向

深空网采用大型天线系统,配有专用接收机进行射频传输。该网络由三个深空通信设备组成,放置在世界上三个地理经度差为120度的地方。其中一个设施位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的黄金柊司,另外两个靠近西班牙马德里和澳大利亚坎培拉。

上图是从北极俯视的示意图,显示了深空网天文台的位置和视角。当一个探测器距离地球3万多公里时,它随时会在一个以上的观测站的视场内,并与之建立联系。来源:维基百科。

这是为了确保至少有一个设备能够在地球自转环境的影响下与航天器通信。

当毅力号离开地球时,美国宇航局将利用深空网络传输火箭发射命令,然后它还将为漫游者的着陆和巡逻任务提供通信指导。

如果NASA不能维持通讯线路的正常运行,整个任务就白费了。

“一旦离开地球,就没有办法修复了。”

吉鲁回答说:“一旦你离开地球,就没有办法修复它,所以如果它坏了,它可能永远也不会工作。试想一下,我们发射了一艘宇宙飞船,却无法与它进行有效的通信,这将是数百万美元的损失。”

因此,该小组制定了如何与航天器通信、需要多大带宽以及地球上通信设备相对于航天器的位置设计的计划。此外,由于火星与地球的距离超过6.7亿公里,需要考虑10-30分钟的通信延迟。

当进入火星车自主导航和着陆的基本自动化阶段时,通信延迟因素需要额外的解决方案。因为一旦着陆器进入火星大气层,NASA就会失去一段时间的通信信号,这就是所谓的“七分钟恐怖”。

上图为2019年11月完成的中国火星探测任务“田文”悬停避障试验。实验模拟了着陆器在火星环境中悬停、避障、缓降的过程,为“七分钟恐怖”做了充分的准备。来源:新华社

吉鲁提到:“为了使飞船和深空网高效通信,我们需要提前很多年做大量的规划和准备工作。”

从20世纪60年代开始,NASA开始使用深空网络天线阵与航天器通信,平均每天向30个航天器发送信号。

自从1977年旅行者号星际探测任务(包括旅行者1号和旅行者2号)发射以来,美国宇航局一直在使用深空网络与双探测器保持联系。虽然现在网络很先进,

,这种沟通方式没有改变。

上图是旅行者1号飞船通过深空网与地球的通信。动力由核电池提供,深空通信由图中的“大锅”——增益卡塞格林天线进行。来源:Sohu.com

吉鲁说:“他们当时使用的是8字节技术,与我们现在使用的技术相比,这个技术非常小。这是我们看到的最大变化。”

但是,这项技术仍然和计算机在同一技术上的工作方式一样,只是比50年前先进了很多。

“过去,我们的计算机系统非常大,但现在我们可以把它放在手表上。”吉鲁说。

虽然目前的无线电传输技术已经过测试和通过,NASA仍在寻求向更快、更高效的激光束通信模式转型。

上图是NASA利用激光束将名画《蒙娜丽莎的微笑》传送给绕月飞行的月球侦察轨道飞行器。这是人类第一次使用激光在恒星之间传输图像数据。左边是接收到的受地球大气影响的图像,右边是校正后的图像。来源:美国航天局

美国宇航局已经发射了三个火星探测器:勇气号、机遇号和好奇号。第三人于2012年8月登陆火星,至今仍在火星表面漫游。

作者:INVERSE

FY:兰陵花

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