在太空中，沒有人會聽到你的尖叫——因為聲音不會在真空中傳播，而且你需要某種類型的無線電波中繼攜載這些信息，況且太空距離非常遙遠。無線電波適用於任何類型的通訊，例如：拍攝冥王星、火星、以及木星北極“地獄之花”。所有這些數據流都是通過無線電波傳輸至地球，廣義上講，無線電也是一種光，是一種非常微弱的光，無線電波具有光的波粒二象性。但這意味著空間通信會受到最棘手、最不便的規則限製——光速是有限的。

 

　　當前人類太空通訊仍處於(yu) “撥號時代”

 

　　由於(yu) 全球首顆人造衛星發射於(yu) 61年前，太空飛船依賴無線電波與(yu) 地球進行通訊。但是無線電波存在局限性，電波非常擁擠，更糟糕的是，無線電信號隨距離增大而遞減。麵對日益增多的太空信號量，以及太陽係內(nei) 多顆人造衛星和探測器交叉信號傳(chuan) 輸，美國宇航局和其他太空機構正在研究如何支撐和加快太空通訊。一些多層麵公共工程項目正在建設中，便於(yu) 空間通訊進入太空時代。

 

 

　　在地球上，無論你在哪裏，通訊都是即時的，這要歸功於(yu) 我們(men) 構建互聯網的一係列通信設備。無線電波很容易穿過地球大氣層傳(chuan) 播，而手機和人造衛星技術能夠在任何地方保持信息通暢。當信號傳(chuan) 輸較大距離時，無線電波會(hui) 擴散，因此通訊傳(chuan) 輸需要大功率設備和大型天線。我們(men) 在太空通訊領域投入較大，相應的技術不斷地升級，目前地球至火星的信號傳(chuan) 輸率為(wei) 每秒1.5Mb，火星距離地球平均2億(yi) 公裏；地球至冥王星的信號傳(chuan) 輸率為(wei) 每秒1Kb，冥王星距離地球75億(yi) 公裏。

 

　　美國宇航局推進實驗室特別項目主管史蒂芬?利奇滕（Stephen Lichten）說：“從(cong) 冥王星向地球傳(chuan) 輸一張圖片的速度是火星向地球傳(chuan) 輸速度的1500倍，我們(men) 可以將機器人發送至太陽係之外，但是它們(men) 仍然以撥號連線進行通訊。”

 

　　深空網絡能力有限，幾乎總是滿負荷運行

 

　　通常情況下，太空飛船通過“深空網絡（DSN）”與(yu) 地球進行聯係，深空網絡是由美國宇航局運營的一個(ge) 巨大無線電天線陣列，該天線網絡分布在全球3個(ge) 地點，它是全球“太空艦隊”的生命線，但是深空網絡工作能力有限，而且它們(men) 幾乎總是滿負荷運行。利奇滕說：“當地球軌道遍布通訊任務時，我們(men) 當前的調度技術協調得非常好。然而隨著太空任務的日益增多，將變得更具挑戰性，例如：在同一時間有大量的發射計劃，而且它們(men) 發射目的地是相同的。”

 

　　2017年，美國宇航局火星項目主管表示，美國宇航局非常關(guan) 注深空網絡，很可能該係統在2020年和2021年超負荷運行，屆時會(hui) 有大量火星太空任務，其中包括：SpaceX、印度、阿聯酋、歐洲航天局和美國宇航局的火星探測器。作為(wei) 回應，利希滕說：“美國宇航局將進行大量升級和改造，來應對通訊超負荷現象，包括與(yu) 其他國家建立合作關(guan) 係，以及獲得美國摩海德州立大學的技術支持，在必要的時候使用其他機構的天線設備。這些措施將很大程度地減少美國宇航局對於(yu) 火星通訊擁堵的顧慮和擔憂。”

 

　　盡管如此，通訊容量問題並未消除，因此深空網絡天線陣列的更新升級正在進行之中。深空網絡項目主管桑尼?吉勞克斯（Sonny Giroux）說：“未來需求將遠大於(yu) 可用性。”據悉，目前Peraton公司與(yu) 噴氣推進實驗室簽訂深空網絡天線陣列運營的分包合同。近期Peraton公司與(yu) 美國宇航局共同開發了一個(ge) 項目，對每個(ge) 天線裝配4個(ge) 獨立的深空接收器，這樣可以實現一個(ge) 天線完成4個(ge) 天線的工作。太空飛船能同時向地球撥打電話，同時軟件可以分類數據流。這意味著地球軌道近30個(ge) 太空飛船試著與(yu) 地球建立通訊時能分類數據，同時不會(hui) 接收到一些熟知的樂(le) 曲。

 

　　甚至還有更好的解決(jue) 辦法，美國宇航局正在測試一種叫做“中斷容錯網絡”的星際互聯網絡，它基本上是一種中繼站係統，能夠中轉信息數據，作為(wei) 一個(ge) 緩衝(chong) ，避免信息延遲或者出現故障，未來太空飛船可能擁有自己的小型中繼站。目前，美國宇航局正在做這一方麵的積極嚐試，計劃今年5月份發射的火星任務建立小規模中繼站，屆時將攜載兩(liang) 顆中繼衛星，發送飛船下降和著陸的實況信息。

 

　　預計“洞察號火星登陸器（InSight Mars lander）”最早於(yu) 今年5月份發射，11月26日登陸火星表麵，它將研究火星曆史和內(nei) 部結構。通常情況下，像“洞察號火星登陸器”這樣的太空任務準備登陸，它將使用“火星軌道勘測器”或者“火星奧德賽軌道器”作為(wei) 與(yu) 地球通訊的中繼站。但是這兩(liang) 顆探測器在這段時間裏無法提供幫助，因為(wei) 它們(men) 並不處於(yu) 合適的空間位置，將信息數據直接發送至地球。因此，美國宇航局將部署兩(liang) 顆叫做“火星立方1號（Mars Cube One）”的中繼衛星，它們(men) 將具有無線電中繼作用。“火星立方1號”任務主管、噴氣推進實驗室工程師安迪?克雷什（Andy Klesh）稱，這兩(liang) 顆衛星將能夠接收到“洞察火星登陸器”下降時的信息，然後再發送至地麵工作人員，整個(ge) 過程確保一切運行正常。

 

　　人們(men) 僅(jin) 需等待1個(ge) 小時，就能知道價(jia) 值10億(yi) 美元的太空飛船是否完好。但是沒有人希望這樣做，同時有更多的權宜信息可能對於(yu) 航天器安全著陸十分有益（或者理解如果不這樣做的話，會(hui) 有什麽(me) 問題）。“火星立方1號”衛星長14.4英寸、寬9.5英寸、高4.6英寸（大約是科思科麥片盒大小），比普通衛星小一些，價(jia) 格相當便宜一些。如果一切順利，類似的小型、廉價(jia) 中繼器可用於(yu) 火星或者月球監控任務，在那裏軌道飛行器較少，而且經常超負荷工作，需要排列時間，並缺少帶寬。

 

　　激光通訊係統是未來發展方向

 

　　雖然目前而言無線電天線仍然是太空通信的支柱，但目前未來發展方向是激光通訊係統。該係統能夠編碼數據在一束可見光（與(yu) 無線電波截然相反），之後在太空飛船和地球之間進行傳(chuan) 輸。聚焦激光操作的波長範圍比無線電波短1萬(wan) 倍，意味著激光每秒能載波更多信息。因此，激光數據傳(chuan) 送速率是無線電波係統的10-100倍，同時，激光能夠在很遠的距離保持一定的信號強度。

 

　　據悉，這項技術首次是2013年在月球軌道進行測試，當時月球勘測軌道器在檢查月球隕坑和地形結構時，同時接收到了蒙娜麗(li) 莎的圖像。這次信息傳(chuan) 送首次標誌著科學家使用激光在太空中發送信息，但是美國宇航局仍需要在更大範圍內(nei) 進行測試。

 

　　“激光通信中繼演示任務（Laser Communications Relay Demonstration mission）”將於(yu) 2019年全麵展開，該任務是通過向衛星傳(chuan) 送數據。緊隨其後的是“普賽克任務（Psyche）”，探測器能夠抵達一顆小行星黑色心髒區域，像“洞察號火星登陸器”一樣，它能夠提供實時勘測信息。普賽克任務的“深空光學通訊實驗”將測試一個(ge) 最新深空光端機和地麵數據係統，使用近紅外激光在太空和地球之間傳(chuan) 送數據。但是預計普賽克探測器最早於(yu) 2022年發射升空。

 

　　月球勘測分析研究所（LEAG）退休主席、地球化學家克萊夫?尼爾（Clive Neal）稱，未來地球和月球之間的通信線路會(hui) 變得更加繁忙，尤其是如果美國研發其長期計劃和備受爭(zheng) 議的“月球軌道平台-大門”（簡稱LOP-G，可實現地月信息傳(chuan) 送）。LOP-G將是鄰近月球的一個(ge) 太空棲息基地，同時它是一個(ge) 電力站和通訊站。同時，地球人造衛星可能擁有獨立的通信網絡，尤其是如果人類探索者返回地球時，太空通訊將變得尤為(wei) 重要。

 

　　他還指出，當前許多國家太空機構開始勘測月球，而不是火星，這是美國曾勘測過的星球，未來美國將引領我們(men) 再次探索地月係統之外的空間。

 

　　就像所有事情那樣，金錢可能決(jue) 定深空網絡的未來發展，以及所有的空間通信。利希滕表示，深空網絡的運營商一直忙於(yu) 處理維護升級該項目的預算需求，深空網絡非常穩定，但要持續保持這種狀態，需要時刻保持警惕。（來自：新浪科技 葉傾(qing) 城）