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太空通讯:您需要知道的7件事

   日期:2020-10-08     浏览:1543    评论:0    
核心提示:太空通讯:您需要知道的7件事电影和电视节目可以使与太空的交流变得容易。遥远星球上的宇航员与地球上的亲人视频聊天,音质清晰
 太空通讯:您需要知道的7件事
电影和电视节目可以使与太空的交流变得容易。遥远星球上的宇航员与地球上的亲人视频聊天,音质清晰,无延迟。

这些想象中的通信功能是否与现实相符?并不是的。

与太空进行通讯是一项具有挑战性的工作。幸运的是,NASA拥有丰富的经验和专业知识,可以将地面数据传输到地面。

NASA的太空通信与导航(SCaN)程序可以实现这种数据交换,无论是与国际空间站上的宇航员,火星上的火星车还是Artemis登月任务进行交换。

让我们看看太空通信面临的一些挑战以及NASA用来克服这些挑战的技术和能力。

位于阿拉斯加费尔班克斯的阿拉斯加卫星设施的两个地面天线。
位于阿拉斯加费尔班克斯的阿拉斯加卫星设施的两个地面天线。
积分:NASA
1. 基础
最简单的说,空间通信取决于两件事:发射机和接收机。发送器通过调制将消息编码到电磁波上,从而改变波的属性以表示数据。这些波通过空间流向接收器。接收器收集电磁波并对其进行解调,从而解码发送者的消息。

考虑家庭中的Wi-Fi路由器和联网设备。每个设备从路由器接收信号,路由器从路由器传输数据。从本质上讲,与空间通信的复杂任务类似于家庭中的无线通信,只是规模巨大且距离遥不可及。

位于澳大利亚堪培拉堪培拉深空通信中心的一条230英尺宽的天线。
位于澳大利亚堪培拉堪培拉深空通信中心的一条230英尺宽的天线。
鸣谢:NASA /堪培拉深空通信中心
2. 地面网络
从太空进行通信所涉及的不仅仅是将航天器的天线指向地球。NASA在全球七大洲拥有广泛的天线网络,以接收航天器的发射。网络工程师精心计划地面站与任务之间的通信,以确保在航天器通过头顶时天线准备好接收数据。

地面站天线的范围从提供备用通信到空间站的小型超高频天线,到可以与110亿英里以外的遥远的任务(如旅行者号飞船)进行通信的230英尺大型天线。

艺术家绘制的跟踪卫星和数据中继卫星以及他们支持的两个旗舰任务:国际
一位艺术家绘制的跟踪和数据中继卫星以及他们支持的两个旗舰任务,即国际空间站和哈勃太空望远镜。
积分:NASA
3. 空间继电器
除了直接对地通信外,许多NASA任务还依赖中继卫星将其数据传输到地面。例如,空间站通过跟踪和数据中继卫星(TDRS)进行通信,该卫星将数据传输到新墨西哥州和关岛的地面站。最近发射的火星2020恒心漫游车将通过火星周围的轨道器发送数据,这些轨道器会将数据转发到地球。

中继在通信可用性方面具有独特的优势。例如,将TDRS放置在地球上方的三个不同区域可提供全球覆盖范围,并在近地轨道飞行任务和地面之间提供近乎连续的通信。TDRS用户无需等待通过地面站,而可以每周7天,每天24小时中继数据。

艺术家在太空测试计划卫星(STPSat-6)上进行的激光通信中继演示的渲染。
艺术家在太空测试计划卫星(STPSat-6)上进行的激光通信中继演示的渲染。
积分:NASA
4. 带宽
NASA在电磁频率的各个频段上对数据进行编码。这些带宽(频率范围)具有不同的功能。更高的带宽可以每秒传输更多数据,从而使航天器能够更快地下行链路传输数据。

目前,NASA主要依靠无线电波进行通信,但是该机构正在开发与红外激光通信的方法。这种称为光通信的传输将为任务提供比以往更高的数据速率。

NASA的激光通信中继演示(LCRD)将展示光通信的好处。该任务将在加利福尼亚和夏威夷的地面站之间中继数据通过光链路,测试其功能。美国宇航局还将为空间站提供一个光学终端,该终端可以通过LCRD将数据中继到地面。

“猎户座”飞船将执行Artemis任务,将第一个女人和下一个男人放在月球表面。 阿耳emi弥斯二世将
猎户座飞船将通过Artemis任务帮助将第一个女人和下一个男人放在月球表面。Artemis II将拥有一个高数据速率的光通信终端。
积分:NASA
5. 数据速率
更高的带宽可能意味着更高的任务数据速率。阿波罗(Apollo)收音机从月球发送了粒状的黑白视频。即将进行的Artemis II任务光学终端将从月球轨道发送4K超高清视频。 但是带宽并不是数据速率的唯一限制。其他可能影响数据速率的因素包括发射器和接收器之间的距离,它们使用的天线或光端子的大小以及两端的可用功率。NASA通信工程师必须平衡这些变量,以最大化数据速率。


根据火星所在的位置,火星2020恒星漫游者在红色星球表面的停留时间将为4到24分钟
根据火星相对于地球的位置,“红色星球”表面上的“火星2020恒心”漫游车将有4到24分钟的延迟。
学分:NASA / JPL-Caltech
6. 延迟
通信不会立即发生。它们受到通用速度限制的约束:光速大约为每秒186,000英里。对于接近地球的航天器而言,这种时间延迟或通信延迟几乎可以忽略不计。

但是,离地球较远,延迟可能成为一个挑战。按照火星最接近的方法-约3500万英里-延迟约4分钟。当行星处于最远距离时(约2.5亿英里),延迟约为24分钟。这意味着宇航员将需要等待4到24分钟才能使他们的消息到达任务控制,另外需要等待4到24分钟才能收到响应。

随着NASA准备将人类送往红色星球,通信工程师正在开发使宇航员与地球保持联系的方法,同时认识到延误将是对话的一部分。

太阳辐射是空间通信传输的一种潜在干扰源。
太阳辐射是空间通信传输的一种潜在干扰源。
学分:NASA / SDO / AIA
7. 干扰
当通信传输经过长距离或穿越大气层时,其数据质量可能会下降,从而使消息变得更加混乱。来自其他任务,太阳或其他天体的辐射也会干扰传输质量。

为了确保任务运营中心接收到准确的数据,NASA使用错误检测和纠正方法。纠错方法包括将噪声传输解释为可用数据的计算机算法。

好莱坞梦s以求的故事可以轻松地将整个银河系中的人们联系在一起,而美国宇航局的工程师则努力将这些梦想变为现实。美国国家航空航天局(NASA)正在开发技术和功能,以应对现实世界中空间通信的挑战,同时通过强大的通信服务为科学和探索任务提供支持。
 
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