太空通信仍处于“拨号时期” 激光才是解决之道

公布工夫: 2018-05-18 阅读量:


泉源:新浪科技

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美国宇航局将蒙娜丽莎照片从地球发送至月球勘察轨道器,左图是传输以后的结果,明显图象变得失真,泛起恍惚,右图是蒙娜丽莎原图

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太空飞船依靠无线电波取地球停止通信。然则无线电波存在局限性,电波异常拥堵,更糟的是,无线电信号随间隔增大而递加。永利娱乐场最新网址

  据外洋媒体报道,正在太空中,出有人会听到您的尖叫——由于声音不会正在真空中流传,并且您需求某种范例的无线电波中继携载这些信息,何况太空间隔异常悠远。无线电波适用于任何范例的通信,比方:拍摄冥王星、火星、和木星北极“天堂之花”。所有这些数据流都是经由过程无线电波传输至地球,广义上讲,无线电也是一种光,是一种异常微小的光,无线电波具有光的波粒二象性。但那意味着空间通讯会遭到最顺手、最未便的划定规矩限定——光速是有限的。

  当前人类太空通信仍处于“拨号时期”

  因为环球尾颗人造卫星发射于61年前,太空飞船依靠无线电波取地球停止通信。然则无线电波存在局限性,电波异常拥堵,更糟的是,无线电信号随间隔增大而递加。面临日趋增加的太空信号量,和太阳系内多颗人造卫星和探测器交织旌旗灯号传输,美国宇航局和其他太空机构正在研讨怎样支持和加速太空通信。一些多层里大众工程项目正在建设中,便于空间通信进入太空时期。

  正在地球上,不管您正在那里,通信都是立即的,那要归功于我们构建互联网的一系列通讯装备。无线电波很容易穿过地球大气层流传,而手机和人造卫星手艺可以或许在任何中央连结信息通行。当旌旗灯号传输较大间隔时,无线电波会散布,因而通信传输需求大功率装备和大型天线。我们正在太空通信范畴投入较大,响应的手艺络续天晋级,现在地球至火星的旌旗灯号传输率为每秒1.5Mb,火星间隔地球均匀2亿千米;地球至冥王星的旌旗灯号传输率为每秒1Kb,冥王星间隔地球75亿千米。

  美国宇航局推动实验室稀奇项目主管史蒂芬•利奇滕(Stephen Lichten)道:“从冥王星背地球传输一张图片的速度是火星背地球传输速度的1500倍,我们能够将机器人发送至太阳系以外,然则它们仍旧以拨号连线停止通信。”

  深空网络才能有限,险些老是满负荷运转

  一般状况下,太空飞船经由过程“深空网络(DSN)”取地球停止联络,深空网络是由美国宇航局运营的一个伟大无线电天线阵列,该天线网络散布正在环球3个所在,它是环球“太空舰队”的生命线,然则深空网络事情才能有限,并且它们险些老是满负荷运转。利奇滕说:“当地球轨道遍及通信义务时,我们当前的调理手艺和谐得非常好。但是跟着太空义务的日趋增加,将变得更具挑战性,比方:正在同一时间有大量的发射企图,并且它们发射目的地是雷同的。”

  2017年,美国宇航局火星项目主管示意,美国宇航局异常存眷深空网络,很可能该体系正在2020年和2021年超负荷运转,届时会有大量火星太空义务,个中包孕:SpaceX、印度、阿联酋、欧洲航天局和美国宇航局的火星探测器。作为回应,利希滕说:“美国宇航局将停止大量晋级和革新,去应对通信超负荷征象,包孕取其他国家竖立合作关系,和得到美国摩海德州立大学的技术支持,正在需要的时刻运用其他机构的天线装备。这些步伐将很大水平天削减美国宇航局关于火星通信拥堵的挂念和耽忧。”

  尽管如此,通信容量题目并未消弭,因而深空网络天线阵列的更新晋级正在进行当中。深空网络项目主管桑尼•吉劳克斯(Sonny Giroux)道:“将来需求将宏大于可用性。”据悉,现在Peraton公司取喷气推动实验室签署深空网络天线阵列运营的分包条约。近期Peraton公司取美国宇航局共同开发了一个项目,对每一个天线装配4个自力的深空接收器,如许能够实现一个天线完成4个天线的事情。太空飞船能同时背地球拨打电话,同时软件能够分类数据流。那意味着地球轨道远30个太空飞船试着取地球竖立通信时能分类数据,同时不会吸收到一些熟知的乐曲。

  以至另有更好的解决办法,美国宇航局正在测试一种叫做“中止容错网络”的星际互联网络,它基本上是一种中继站体系,可以或许直达信息数据,作为一个缓冲,制止信息提早大概泛起毛病,将来太空飞船能够具有本身的小型中继站。现在,美国宇航局正在做那一方面的主动实验,企图往年5月份发射的火星义务竖立小规模中继站,届时将携载两颗中继卫星,发送飞船下落和着陆的实况信息。

  估计“洞察号火星登陆器(InSight Mars lander)”最早于往年5月份发射,11月26日登陆火星外面,它将研讨火星汗青和内部结构。一般状况下,像“洞察号火星登陆器”如许的太空义务预备登陆,它将运用“火星轨道勘察器”大概“火星奥德赛轨道器”作为取地球通信的中继站。然则这两颗探测器正在那段工夫里没法供应资助,由于它们其实不处于适宜的空间位置,将信息数据间接发送至地球。因而,美国宇航局将布置两颗叫做“火星立方1号(Mars Cube One)”的中继卫星,它们将具有无线电中继感化。“火星立方1号”义务主管、喷气推动实验室工程师安迪•克雷什(Andy Klesh)称,这两颗卫星将能够吸收到“洞察火星登陆器”下落时的信息,然后再发收至空中工作人员,整个过程确保统统运转一般。

  人们仅需守候1个小时,便能晓得代价10亿美圆的太空飞船是不是无缺。然则出有人期望如许做,同时有更多的权宜信息能够关于航天器平安着陆非常无益(大概明白若是不如许做的话,会有甚么题目)。“火星立方1号”卫星少14.4英寸、宽9.5英寸、下4.6英寸(约莫是科思科麦片盒大小),比一般卫星小一些,价钱相称自制一些。若是一切顺利,相似的小型、便宜中继器可用于火星大概月球监控义务,在那里轨道飞行器较少,并且常常超负荷事情,需求分列工夫,并短少带宽。

  激光通信体系是将来发展方向

  固然现在而言无线电天线仍旧是太空通讯的支柱,但现在将来发展方向是激光通信体系。该体系可以或许编码数据正在一束可见光(取无线电波截然相反),以后正在太空飞船和地球之间停止传输。聚焦激光操纵的波长局限比无线电波短1万倍,意味着激光每秒能载波更多信息。因而,激光数据传送速度是无线电波体系的10-100倍,同时,激光可以或许正在很远的间隔连结肯定的旌旗灯号强度。

  据悉,这项手艺初次是2013年正在月球轨道停止测试,事先月球勘察轨道器正在搜检月球陨坑和地形构造时,同时吸收到了蒙娜丽莎的图象。此次信息传送初次标记着科学家运用激光正在太空中发送信息,然则美国宇航局仍需求正在更大范围内停止测试。

 

  “激光通讯中继演示义务(Laser Communications Relay Demonstration mission)”将于2019年周全睁开,该义务是经由过程背卫星传送数据。紧随厥后的是“普赛克义务(Psyche)”,探测器可以或许到达一颗小行星玄色心脏地区,像“洞察号火星登陆器”一样,它可以或许供应及时勘察信息。普赛克义务的“深空光学通信实行”将测试一个最新深空光端机和空中数据体系,运用远红外激光正在太空和地球之间传送数据。然则估计普赛克探测器最早于2022年发射升空。

  月球勘察剖析研究所(LEAG)退休主席、地球化学家克莱妇•尼尔(Clive Neal)称,将来地球和月球之间的通信线路会变得越发忙碌,尤其是若是美国研发其临时企图和备受争议的“月球轨道平台-大门”(简称LOP-G,可实现天月信息传送)。LOP-G将是相近月球的一个太空栖息基地,同时它是一个电力站和通信站。同时,地球人造卫星能够具有自力的通讯网络,尤其是若是人类探索者返回地球时,太空通信将变得尤其主要。

  他借指出,当前很多国度太空机构最先勘察月球,而不是火星,那是美国曾勘察过的星球,将来美国将引领我们再次探究天月体系以外的空间。

  便像所有事变那样,款项能够决意深空网络的将来生长,和所有的空间通讯。利希滕示意,深空网络的运营商一向忙于处置惩罚保护晋级该项目标预算需求,深空网络异常稳固,但要连续连结这类状况,需求时候连结小心。


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