地球到火星的通信有多难?

火星和地球都以椭圆轨道绕着太阳公转,它们之间的距离不是固定的。地球与火星最近时相距5500万公里,最远时相距4亿公里。这么远的距离只能采用无线通信。我国的天问1号火星探测器就是利用电磁波与地球保持联系的。

人类利用无线电通信的历史已经有100多年。无线电是电磁波的一部分,属于低频电磁波。光也是电磁波,无线电的传播速度自然和光速相当,在真空中每秒能够传播30万千米。无线电的传播速度是有限的,随着距离的增加,通信廷迟也就越高。

信息的传递都是需要时间的。地球赤道周长4万公里,光一秒钟可以绕地球7圈半,因此在地球上通信延迟可以做到几毫秒。火星与地球之间的通讯属于深空通信,由于它们之间的距离非常遥远,所以通信延迟非常大。

从发送消息到收到反馈,才算完成了一次完整的通信。因为如果没有收到反馈,你不知道对方是否收到信息。这个过程中所耗的时间便是通信延迟时间。

甲方问乙方:你的梦想是什么?乙方肯定要经过思考,才能给甲方答复。在深空通信过程中,信息从甲方发送到乙方,并收到反馈,耗时最久的便是传输过程。而信息的发送、接收、处理分析等过程,也需要占用一部分时间。因此,总的通信时廷非常高。

在双方的通讯过程中,完成一次完整的通讯所需要的时间,等于发送方发送的信息传到接收方所需要的时间,加上接收方反馈信息到发送方所需要的时间。如果通信节点之间的距离是固定的,忽略其他因素的影响,发送信息和反馈信息所需要的时间基本上是相同的。

地球和月球相距38万公里,光往返一趟需要2秒多。地球和太阳相距1.5亿公里,光从太阳表面到达地球需要8分钟,一个来回就是16分钟。简单估算一下,从火星到地球,完成一次信息传输,最长需要43分钟,最短需要5分钟。

不过,这仅仅是以电磁波的传输速率来算的。虽然电磁波往返地月仅仅需要2秒多,但在探月工程中,嫦娥4号探测器发送的信号需要经过多次中转才能到达控制室,实际通信延迟至少在10秒以上。

如果声音可以在真空中以光速传播,你从地球上大喊一声,火星上的人要很久之后才能听到你的声音。火星上的人作出了响应,当你接收到这个回应的时候,又过了很久。

从地球上控制火星上的探测器,指令只能一条一条的发,有时候还要重复发送。这意味着,从地球上无法实时遥控火星上的无人车。为此,火星车必须足够智能,具备高度的自动化,能够自动规避风险。

火星上的探测器发射的信号比较弱,地球上要想接收到信号,就需要非常大的、分布于全球的天线网络。此外这个通信系统还必须具备极强的抗干扰性、容错性,以保证信息传递的准确无误。

由于地球与火星在不停的自转,火星表面的探测器与地球上的工程人员点对点直接通信是不可能的,需要中继卫星。因此,实际通信过程中的延迟非常高,至少也有十几分钟。即使在传输过程中数据会被压缩,由于通讯速率较慢,传输一张高清图片也需要很长的时间。如果没有断点续传功能,面对大量的数据,更是抓狂。而实时直播载人登陆火星更是不可能的。

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