信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

資訊     2021年10月13日

令人難以置信的消息,來自中國、美國航天控制中心美國宇航局的毅力號與我國的天問一號和祝融號火星車失去了聯繫,在控制中心顯示信號的測量和控制螢幕上,只有一種波長形式的無意義噪聲,所有的測量和控制通道都被高強度的噪音淹沒,也就是說地球和火星之間的通信被所有通道阻斷了。發生了什麼,為什麼火星上會出現全頻阻塞干擾?

信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

什麼是全頻阻塞干擾?我們知道無線電通信需要電磁波,雙方之間的通信必須約定一個頻段,然後發送再撥,然後接收機調整接收天線的頻段,並在接收後解調已恢復通信內容。為了保證正常通信,多個頻段一般都同意在一個頻段內防止干擾,然後適應另一個頻段,當然也有傳說中的跳頻通信,但信道有限,由於天線發射和接受頻段的範圍有限,因此不同的通信模式將使用不同的頻段,所有的信道塊干擾都是一種電磁波,它可以使所有可能的通信信道上的接收器信號的功率飽和。這種類型的干擾非常困難,雖然理論上有可能,但除了電磁脈衝彈或核爆炸之外很難產生這種高強度電磁波,而且在地火之間將持續近4億千米。如果是這樣,那一定是一個超級文明,火星上有什麼東西能發出如此強烈的電磁噪音?許多人起初認為火星人正在大聲發射電磁波,破壞了地球和火星探測器之間的通訊。有些人還認為,火星人正在地面上慶祝一年一度的狂歡節。一年一度倒是真的,但火星人就算了,因為不是火星發出信號,而是太陽,為什麼是太陽呢,這是一個有趣的問題。

信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

地球和火星都圍繞著太陽旋轉,火星軌道和黃道面之間的夾角只有1.85度,幾乎在同一平面上,因此火星和地球暫時處於太陽的兩端。在這一點上,火星在與地球通信時會被太陽遮擋,當然火星與太陽最近的距離大約2.28億公里,即小於0.7度。理論上沒有問題,但實際上這個角度不足以維持通信,要知道原因我們需要了解在太陽下發現無線發射電源的過程。太陽是一個強大的干擾源,1942年2月底,英國一個雷達站的工程師發現了一個神秘現象,當雷達天線面對日落和日出時,他收到了一個強烈的干擾信號,其中一名工程師沒有想到這是敵人的干擾信號,但後來發現了也意識到信號必須來自太陽,這是全波段阻塞的來源。事實上,在地面通信時避開太陽並不困難,只要改變角度或時間,當你在第一階段避開紅外或制導雷達飛彈時,他們可以朝著太陽飛,然後飛彈導引頭就可以,當然後續的飛彈也沒那麼愚蠢,而且太陽不僅是發射無線電波的本體,還有一些科學家搞不清加熱機制和溫度高達百萬度。從電磁波段到紫外線波段,這真的是一個全波頻段信號,日凌干擾需要多長時間,當地球和火星之間有一個無法迴避的太陽,所以我們只能選擇另一個時間。因為一段時間後,火星的距離角將緩慢增長,而且由於日冕層比太陽大得多,並且隨著太陽活動而浮動,當距離角小於2度時,很難維持基本的通信。這次從10月2日開始,大約在10月14日恢復,大約半個月,這就是所謂的日凌的干擾,沒有一個國家能避免這種情況,因為到目前為止人們仍然使用無線電通信。

信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

太陽本身的干擾是無線電波,只有具有太陽強度的無線電波的出現才能保證接觸,但這應該是非常困難的,比如說雷射通訊也在太陽的控制下,人類幾乎沒有辦法。2019年9月0日凌期間,儘管好奇號火星車具有強大的自主任務能力,但他仍然停止駕駛,攝像機也停止拍照,機械臂暫時不動,但探測器的科研工作將繼續進行。中國火星探測車祝融號被認為以同樣的方式工作,但一些被動信號探測設備將繼續使用。在軌飛行的天問一號探測器和國家航天局發射的探測器將繼續工作,探測數據將存儲起來用於通信恢復並發送回地球。細心的朋友一定認為火星也能看到地球的凌日,此時此刻地球接收火星信號沒有問題,但火星接收地球信號有嚴重問題,但不必太擔心,因為地球不會長時間穿過太陽。例如,下一次是2084年11月10日,地球凌日於當天早上8:11開始,於當天下午4:33結束,大約持續八個小時,在此期間火星無法與地球保持通信,這與火星日凌將近半個月的時間相比微不足道。

信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

未來的中國UNICON能否改變這種尷尬局面,在2018年的全國空間探測研討會上,中國科學院國家空間科學中心提出了一個令人震驚的星際通信衛星星座計劃,將發射六顆衛星進入地球和火星之間的日心軌道,形成雷射中繼通信和衛星導航星座,從金星到小行星帶和木星的軌道上的太空飛行器提供了商業通信和導航服務的無縫覆蓋。為了避免由於燃燒的干擾而中斷數據的測量和控制,在飛行過程中日凌不是一個大問題,但在進入關鍵軌道或改變軌道的過程中,它無疑會產生很大的影響。如果UNICON可以在沒有連續性解決方案的情況下獲得覆蓋,那麼就不必擔心將來日凌中斷通信,當然這肯定會促進火星的探索中斷。

信號遭到破壞!天問一號已與地球失聯,究竟發生了什麼?

NASA和中國航天局發布的通訊公告,中國天文一號火星探測器已進入日凌階段,將於十月中旬結束,探測器將恢復與地球的通訊繼續進行科學探索,這是中美兩國官方發布的新聞內容。ESA和NSA共享一些DSN網絡以及義大利ASI、法國CNES德國DLR、NASA深空網絡和由日本以及各大的太空飛行的深空網絡。然而,這些國家很難像NASA的DSN那樣完整,中國正試圖用整個深空測控系統進行恢復。中國在地月系中已經可以使用天鏈衛星,但測控火星天鏈仍在戰鬥中。一般來說,他還需要一個深地面區域的測控站,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和納米比亞測控站,因此印度和阿拉伯聯合酋國等衛星的測控站可以與美國宇航局或歐空局合作。然而,中國的全球測控大部分必須自行建造,有些與歐空局合作,別想NASA的網絡。