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发信人: dxmxqe (婴儿), 信区: Aero
标  题: 火星与地球之间的通讯演变 
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Sep  3 18:36:28 2004), 站内

    最初的通讯系统

　　最早的火星探测器，都不具有降落火星的能力，甚至连进入到火星轨道这样简
单的使命都做不到，它们只能从火星身边匆匆而过，与火星打一个擦边球，发回一
些远距离的火星图片。1962年11月，苏联发射了火星一号探测器，计划飞经火星，
在远处给火星拍摄一些照片，它是第一个实现远距离通讯的人造天体。1963年3月
21日，它中断了与地球的通讯联系，当时它在距离地球一亿零六百万公里的地方，
这么远的距离，通讯问题实在没有办法解决。

　　第一个着陆火星的探测器是火星3号，1972年它到达火星的时候，火星上正在
刮着沙尘暴，它的“兄长”不幸在着陆时与地面失去了联系，可是他却很幸运，成
功地降落在火星的南半球，那是一个密布陨石坑的平原地带，在那个历史性的时刻
，它只发回来一幅残缺不全的图片，因为它只工作了简短的20秒种，之后，谁也不
知道它的通讯系统为何就罢工了。

　　通讯技术的落后，使第一个着陆火星的探测器变得毫无意义。火星专家开始意
识到，探测火星，通讯实在是个大问题，从此，在这个问题上，人们开始花费了大
量精力。

　　别具一格的水手四兄弟

　　在火星探测器与地球之间的通讯技术发展中，1973年发射的火星探测器很有特
色，这一年的七月和八月，苏联先后发射了四个探测器，它们分别是火星4号，火
星5号，火星6号和火星7号。按照原来的设想，火星4号和火星5号先到达火星轨道
，它们围绕着火星飞行，为后两个探测器服务，承担后两个探测器与地球的通讯联
系。当火星4号就要飞到火星轨道的时候，它的主制动发动机没有点燃，没能进入
火星轨道，这样就只有火星5号一个来承担通讯联系的使命了。

　　一个月后，火星7号抵达火星，由于没有完善的通讯系统，它投放的着陆器失
败了，这个着陆器与火星擦肩而过。三天后，火星6号也要投放着陆器，这个探测
器还算幸运，它向着火星表面降落，还有20秒就要登陆火星了，但在这个重要关头
，它发回来的信号突然中断了，其中原因，至今也不清楚。

　　一下子发射四个探测器，用两个探测器着陆，由它们在火星表面探测火星，把
探测结果发射到轨道上，再由轨道上的探测器把信号传递给地球，这也是对当时低
水准通讯技术的无奈措施。但毫无疑问，这是一种别具一格的思路。

　　“索杰纳”火星车与地球的通讯系统

　　为了把探测结果成功地传递给地球，人们可谓费尽了心机。在这方面，1996年
的火星探路者是一个成功的榜样。这个探测器携带着着陆器，它可以降落到火星表
面。着陆器上还带着一个火星车，这个火星车名字叫做“索杰纳”，它才是这次探
测的主角。“索杰纳”火星车上有一个调制解调器，它所获得的探测数据可以通过
天线装置传递给不远处的着陆器，着陆器接到这些信号之后，它会充当二传手，它
再把探测结果传递给地球控制中心。火星车的各种动作都是由地面人员进行操纵的
，这些人被称为火星车驾驶员，他们坐在24英寸显示屏幕前，戴着三维虚拟现实眼
镜，通过移动显示屏上的光标来操纵火星车。

　　但是需要注意的是，这个时候，火星距离地球有1.9亿公里，通讯信号需要经
过11分钟才能到达那里，所以地面对火星车的操控并不是实时的。还需要注意的是
，火星也有自己的自转，当火星车运行到背离地球一面的时候，双方就没办法通讯
，所以，地球与火星之间的通讯是12小时通讯，12小时中断，通讯联系只有在美国
加州时间的夜晚进行。虽然受到了时间上的限制，“索杰纳”的通讯系统依然开辟
了火星与地球通讯的新纪元。

　　“勇气”号与“机遇”号的通讯系统

　　“索杰纳”不能把探测结果直接传递给地球，它需要通过着陆器上所携带的中
转设施，这种中转设施可以直接与地球通讯。但是，“勇气”号与“机遇”号就与
它不同了，这两个火星车是一对双胞胎，所以它们所携带的通讯系统也是一样的。
看看“勇气”号的通讯系统，就知道地球与火星之间的通讯又有了进步。进步的原
因是因为，“勇气”号上带有3副通信天线，可以用于不同的通讯需要。

　　它携带有超高频天线，一般情况下，超高频天线不与地球直接通讯，它可以通
过环绕火星运行的人造卫星与地球联系。前几年，曾经发射成功了两个火星探测器
，那就是“火星全球勘探者”和“奥德赛”，它们至今依然运行良好，这两个探测
器可以充当二传手，帮助“勇气”号传递信息，“勇气”号火星车向地面传回的第
一批黑白照片。就是由“奥德赛”火星轨道器转发的。

　　轨道器还可以把来自地球的指令传递给“勇气”号火星车。当“勇气”号到达
火星后的第一个早晨，科学家为它播放了一首歌，唤醒它的沉睡，这首歌就是超高
频天线接收的。通过火星上空的卫星来传递信号，这跟“索杰纳”通过着陆器来传
递信号有着很大的区别。

　　“勇气”号还携带有低增益天线，它主要用于传输那些数据量较小的数据，比
如各种指令，它可以直接与地球联系。

　　除了这两种天线以外，“勇气”号还带有高增益天线，它用于数据量较高的通
信，主要是“勇气”号所拍摄的照片。火星车上装有全景照相机，全景照相机的分
辨率比导航照相机至少高出16倍，它可以进行360°完整拍摄。这样的图片数据量
当然很大，“勇气”号可以把它们以24：1的比率压缩，然后再经过高增益天线传
回地面，这样大大提高了信息传输的效率。

　　一个火星车上装有这三种通讯设施，是为了不同的通讯需要，它既可以直接与
地球联系，也可以间接联系。假如一种通讯设施毁坏了，另外两种还可以与地球建
立联系。当这个探测器位于火星另一面的时候，它也可以通过卫星与地球建立联系
，这样大大加强了它与地球通讯的可靠性。

　　未来的火星全球通讯

　　每一次发射火星探测器，科学家都要用大量的时间来为他设计通讯系统，这不
仅花费人力，也花费财力，为了把主要精力花费到研制新的探测设备上去，对通讯
系统，他们想出了一个一劳永逸的方法，那就是发射火星全球定位系统，让它们承
担导航和通讯任务。这种设想就是要在火星轨道上建立一个卫星通讯网络，这个网
络由一组卫星组成，与地球上已经建立起来的全球定位系统十分相似。

　　它们充当了火星与地球通讯的二传手，当火星表面的探测设备把讯号传递给它
，它就可以把这些信号传递给地球指挥中心。这样火星车就可以废除那些繁琐的通
讯天线。还能够将火星表面的具体研究目标精确到10至100米的范围之内。

　　既可以完成通讯中转任务，又可以为火星地面探测器导航，实现24小时不间断
的通讯联系。这一构想将最终解决所有火星探索和对地球的资料传输中遇到的问题
。美国宇航局正在考虑建造这样的火星全球定位系统，它们的科学家正在研究火星
的电离层对这样的卫星有什么影响。（国家航天局网/戴铭珏）

发布日期：2004-09-03 

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