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通訊被全頻段阻塞干擾,“天問一號”已經失聯,究竟發生了什麼?

一個驚人的訊息從中美航天控制中心傳出,NASA的毅力號與中國的天問一號以及祝融號火星車均已經失聯!在控制中心的測控訊號顯示屏上,只有一條毫無意義的噪聲波形,所有測控頻道都已經被高強度的噪聲淹沒,也就是說地球和火星之間的通訊已經被全頻道阻塞式干擾了!

通訊被全頻段阻塞干擾,“天問一號”已經失聯,究竟發生了什麼?

究竟發生了什麼,為何火星上會出現全頻阻塞干擾?

全頻阻塞干擾是什麼鬼?我們知道無線電通訊需要電磁波,雙方之間通訊需要約定一個頻段,然後載波傳送,然後接收方調整接收天線頻段,接收後解調即可還原通訊內容,為了保證通訊正常進行,一般會約定多個頻段,防止一個頻段被幹擾時那就調整到另一個頻段。

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當然也有傳說中的跳頻通訊,只是頻道是有限的,因為傳送與接收天線的波段範圍是有限的,因此不同的通訊方式會使用不同的波段,而全頻道阻塞式干擾就是在所有可能通訊的通道上都是能讓接收方訊號強度飽和的電磁波。

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這種干擾方式很難,儘管存在理論可能性,但除了電磁脈衝彈或者核爆外,很難產生這種高強度的電磁波,並且還要在地火之間接近4億千米的距離上,還那麼持久!如果有,那一定是超級文明!

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火星上到底有什麼,能發出如此高強度的電磁噪聲?

很多朋友第一個就想到了火星人發出了鼓譟的電磁波,使得地球和火星探測器之間的所有通訊都中斷,有人還腦補出了火星人正在地面上慶祝一年一度的狂歡節!不過一年一度倒是真的,但火星人就免了,因為發出訊號干擾的不是火星,而是太陽!

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地火之間的問題,關太陽什麼事?

這就是個有趣的問題了,地球和火星都繞著太陽轉,火星軌道與黃道面的夾角只有1。85°,幾乎就在同一個平面,因此這火星和地球轉著轉著就有一陣子分別處在太陽的兩端,就像下圖:

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此時的火星與地球通訊時可能就會被太陽擋住,當然這次火星與太陽最近的距角仍然達到了38‘08’‘,也就是0。7度不到一點,從理論上來看並沒有什麼問題,但事實上這個角度已經不足以維持通訊,要想知道原因,那麼必須來了解下太陽無線電發射源的發現過程。

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太陽居然是一個強大的干擾源

1942年2月底,英國一個雷達站的值班工程師發現了一個神秘的現象,當雷達天線對著日落和升起的太陽時接收到了強大的干擾訊號,百思不得其解的工程師一位是敵軍的干擾訊號,但他後來意識到這個訊號應該來自太陽。

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這就是全頻段阻塞干擾的來源,其實在地面上通訊避開太陽並不難,換個角度或者換個時間即可,早期躲避紅外或者雷達制導的導彈時可以用朝著太陽飛,然後導彈導引頭就亂了,當然後期的導彈可沒那麼笨了。

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而且太陽並非只是“本體”發射無線電波,還有科學家到現在都搞不清楚加熱機制、溫度高達百萬度的日冕層發射無線電波,這個“黑體輻射”發射的真是全頻段訊號,從電磁波段開始一直到紫外波段。

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日凌干擾時間會有多久?

但地球與火星之間橫亙著一個太陽,無法避免,所以只能另選時間!因為過陣子火星距角慢慢大了就行,而且由於日冕層比太陽要大很多,還會隨著太陽活動“漲落”,因此距角在小於2度時基本通訊就比較難維持了,這個時間是10月2日開始,到10月14日左右恢復,大約半個月左右時間。

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這就是所謂的日凌干擾,沒有國家能避免這個現象,因為到現在為止大家用的還是無線電通訊,這個太陽本身的干擾就是無線電波,只有壓到太陽強度的無線電波出現才能保證聯絡,但這一點應該會非常難,比如鐳射通訊也在太陽的魔掌之下,人類基本上就沒轍了!

日凌干擾期間,探測器們幹啥?

2019年9月份日凌期間,儘管好奇號火星探測車具有很強的自主任務能力,但仍然暫停行駛,攝像機也暫停拍攝畫面,洞察號的機械臂也暫時不移動,但探測器的科學研究工作仍將繼續。

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因此相信我國的祝融號火星車應該也會類似的操作,不過一些被動訊號探測的裝置仍將持續,而在軌道上飛行的天問一號探測器與各國航天局發射的探測器等,相信應該會繼續工作,而探測資料則將留存以待通訊恢復傳送回地球。

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地球凌日怎麼辦?

估計細心的朋友一定是想到了,火星也能看到地球凌日,此時地球接收火星訊號沒問題,但火星接收地球訊號存在嚴重問題,不過這個倒是無需太過擔心,因為地球從日面上經過的時間不長!

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地球凌日開始

比如下次是2084年11月10日,地球凌日從當日8點11分開始,到當日16點33分結束,持續時間大約8個小時左右,在這個期間內,火星也是無法和地球保持通訊的,這與火星日凌時間接近半個月相比,那時間簡直可以忽略不計。

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地球凌日結束

中國未來的UNICON能改變如此窘迫的狀況嗎?

2018年的全國空間探測學術研討會上,中科院國家空間科學中心提出了一個震撼的星際中繼通訊衛星星座(UNICON)計劃,這個計劃將在地球和火星之間的日心軌道上,部署6顆衛星,組成鐳射中繼通訊與導航衛星星座,從金星到小行星帶乃至木星軌道內的航天器提供無縫覆蓋的商業化測控通訊導航服務。

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星際中繼通訊衛星星座(UNICON)計劃

避免因為日凌干擾產生資料測控中斷,飛行期間這個日凌也問題不大,但在關鍵的入軌或者改變軌道期間無疑影響極大,假如UNICON能實現無縫覆蓋,那麼未來再也無需為日凌中斷通訊煩惱了,當然對於有人值守的火星探測無疑是一大促進。

延伸閱讀:NASA,中國航天局釋出的通訊中斷公告

中國青年報客戶端北京10月5日電(中青報中青網記者 邱晨輝)記者今天從國家航天局探月與航天工程中心獲悉,我國天問一號火星探測器已經進入“日凌”階段,該階段將於10月中旬結束,探測器將恢復與地球的通訊,繼續開展科學探測。

(CNN)The Mars solar conjunction takes place between October 2 and 16, and this lapse of check-ins between Earth and Mars occurs for a couple of weeks every two years, when both planets are on opposite sides of the sun。

這是中國和美國官方釋出的新聞內容,歐空局與NSA共享了DSN部分網路,另外還有ASI(義大利)、CNES(法國)、DLR(德國)、NASA 的深空網路和戈達德太空飛行中心以及 JAXA(日本)運營的深空網路。

通訊被全頻段阻塞干擾,“天問一號”已經失聯,究竟發生了什麼?

但這些國家都很難像NASA的DSN那麼完整,而中國正在極力趕上完備的深空測控網路,地月系中國已經可以用天鏈衛星搞定,但火星測控天鏈還是有些勉為其難,一般還是需要地面的深空測控站,比如南美阿根廷的內烏肯測控站和非洲肯亞的“馬林迪”測控站與奈米比亞深空測控站。

通訊被全頻段阻塞干擾,“天問一號”已經失聯,究竟發生了什麼?

所以像印度以及阿聯酋這些衛星的測控可以與NASA或者ESA合作,而我國的全球測控則需要大部分自行建設,部分則與ESA合作,NASA的網路就不要想了。

參考:http://news。cyol。com/gb/articles/2021-10/05/content_ZKZ80i2qe。html

https://edition。cnn。com/2021/10/01/world/mars-solar-conjunction-2021-scn/index。html