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通信被全频段阻塞干扰,“天问一号”已经失联,究竟发生了什么?

一个惊人的消息从中美航天控制中心传出,NASA的毅力号与中国的天问一号以及祝融号火星车均已经失联!在控制中心的测控信号显示屏上,只有一条毫无意义的噪声波形,所有测控频道都已经被高强度的噪声淹没,也就是说地球和火星之间的通信已经被全频道阻塞干扰了!

究竟发生什么,为何火星上会出现全频阻塞干扰?

全频阻塞干扰是什么鬼?我们知道无线电通讯需要电磁波,双方之间通信需要约定一个频段,然后载波发送,然后接收方调整接收天线频段,接收后解调即可还原通信内容,为了保证通信正常进行,一般会约定多个频段,防止一个频段被干扰时那就调整到另一个频段。

当然也有传说中的跳频通信,只是频道是有限的,因为发送与接收天线的波段范围是有限的,因此不同的通信方式会使用不同的波段,而全频道阻塞式干扰就是在所有可能通信的通道上都是能让接收方信号强度饱和的电磁波。

这种干扰方式很难,尽管存在理论可能性,但除了电磁脉冲弹或者核爆外,很难产生这种高强度的电磁波,并且还要在地火之间接近4亿千米的距离上,还那么持久!如果有,那一定是超级文明!

火星上到底有什么,能发出如此高强度的电磁噪声?

很多朋友第一个就想到了火星人发出了鼓噪的电磁波,使得地球和火星探测器之间的所有通信都中断,有人还脑补出了火星人正在地面上庆祝一年一度的狂欢节!不过一年一度倒是真的,但火星人就免了,因为发出信号干扰的不是火星,而是太阳!

地火之间的问题,关太阳什么事?

这就是个有趣的问题了,地球和火星都绕着太阳转,火星轨道与黄道面的夹角只有1.85°,几乎就在同一个平面,因此这火星和地球转着转着就有一阵子分别处在太阳的两端,就像下图:

此时的火星与地球通信时可能就会被太阳挡住,当然这次火星与太阳最近的距角仍然达到了38'08'',也就是0.7度不到一点,从理论上来看并没有什么问题,但事实上这个角度已经不足以维持通信,要想知道原因,那么必须来了解下太阳无线电发射源的发现过程。

太阳居然是一个强大的干扰源

1942年2月底,英国一个雷达站的值班工程师发现了一个神秘的现象,当雷达天线对着日落和升起的太阳时接收到了强大的干扰信号,百思不得其解的工程师一位是敌军的干扰信号,但他后来意识到这个信号应该来自太阳。

这就是全频段阻塞干扰的来源,其实在地面上通信避开太阳并不难,换个角度或者换个时间即可,早期躲避红外或者雷达制导的导弹时可以用朝着太阳飞,然后导弹导引头就乱了,当然后期的导弹可没那么笨了。

而且太阳并非只是“本体”发射无线电波,还有科学家到现在都搞不清楚加热机制、温度高达百万度的日冕层发射无线电波,这个“黑体辐射”发射的真是全频段信号,从电磁波段开始一直到紫外波段。

日凌干扰时间会有多久?

但地球与火星之间横亘着一个太阳,无法避免,所以只能另选时间!因为过阵子火星距角慢慢大了就行,而且由于日冕层比太阳要大很多,还会随着太阳活动“涨落”,因此距角在小于2度时基本通信就比较难维持了,这个时间是10月2日开始,到10月14日左右恢复,大约半个月左右时间。

这就是所谓的日凌干扰,没有国家能避免这个现象,因为到现在为止大家用的还是无线电通信,这个太阳本身的干扰就是无线电波,只有压到太阳强度的无线电波出现才能保证联系,但这一点应该会非常难,比如激光通信也在太阳的魔掌之下,人类基本上就没辙了!

日凌干扰期间,探测器们干啥?

2019年9月份日凌期间,尽管好奇号火星探测车具有很强的自主任务能力,但仍然暂停行驶,摄像机也暂停拍摄画面,洞察号的机械臂也暂时不移动,但探测器的科学研究工作仍将继续。

因此相信我国的祝融号火星车应该也会类似的操作,不过一些被动信号探测的设备仍将持续,而在轨道上飞行的天问一号探测器与各国航天局发射的探测器等,相信应该会继续工作,而探测数据则将留存以待通信恢复发送回地球。

地球凌日怎么办?

估计细心的朋友一定是想到了,火星也能看到地球凌日,此时地球接收火星信号没问题,但火星接收地球信号存在严重问题,不过这个倒是无需太过担心,因为地球从日面上经过的时间不长!

地球凌日开始

比如下次是2084年11月10日,地球凌日从当日8点11分开始,到当日16点33分结束,持续时间大约8个小时左右,在这个期间内,火星也是无法和地球保持通信的,这与火星日凌时间接近半个月相比,那时间简直可以忽略不计。

地球凌日结束

中国未来的UNICON能改变如此窘迫的状况吗?

2018年的全国空间探测学术研讨会上,中科院国家空间科学中心提出了一个震撼的星际中继通信卫星星座(UNICON)计划,这个计划将在地球和火星之间的日心轨道上,部署6颗卫星,组成激光中继通信与导航卫星星座,从金星到小行星带乃至木星轨道内的航天器提供无缝覆盖的商业化测控通信导航服务。

星际中继通信卫星星座(UNICON)计划

避免因为日凌干扰产生数据测控中断,飞行期间这个日凌也问题不大,但在关键的入轨或者改变轨道期间无疑影响极大,假如UNICON能实现无缝覆盖,那么未来再也无需为日凌中断通信烦恼了,当然对于有人值守的火星探测无疑是一大促进。

延伸阅读:NASA,中国航天局发布的通信中断公告

中国青年报客户端北京10月5日电(中青报中青网记者 邱晨辉)记者今天从国家航天局探月与航天工程中心获悉,我国天问一号火星探测器已经进入“日凌”阶段,该阶段将于10月中旬结束,探测器将恢复与地球的通信,继续开展科学探测。

(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.

这是中国和美国官方发布的新闻内容,欧空局与NSA共享了DSN部分网络,另外还有ASI(意大利)、CNES(法国)、DLR(德国)、NASA 的深空网络和戈达德太空飞行中心以及 JAXA(日本)运营的深空网络。

但这些国家都很难像NASA的DSN那么完整,而中国正在极力赶上完备的深空测控网络,地月系中国已经可以用天链卫星搞定,但火星测控天链还是有些勉为其难,一般还是需要地面的深空测控站,比如南美阿根廷的内乌肯测控站和非洲肯尼亚的“马林迪”测控站与纳米比亚深空测控站。

所以像印度以及阿联酋这些卫星的测控可以与NASA或者ESA合作,而我国的全球测控则需要大部分自行建设,部分则与ESA合作,NASA的网络就不要想了。

参考: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