火星通信技术论文

这一大难题是没有任何解决方法的，因为宇宙中的奥秘真的是特别的多，而且它里面的能量也是特别的大。

到目前为止是不可以实现即时通讯的，因为距离太远，通讯是需要一定过程的。

这个时候就可以多研发一些卫星，而且也可以多发射一些遥感卫星，也可以通过天文望远镜，然后也可以多布设一些卫星网。

通过无线波传导到电子讯号就可以实现通讯了，但一般在穿过大气层的时候，会突然中断，穿过大气层的时候，就会再次恢复。

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。

必须等待至少8分钟，而且是每次交流，因为信息到达火星需要4分钟，而且，收到它的消息也将到达，因此，一次交换信息需要8分钟，但这只考虑了地球和火星在太阳同一侧的最有利情况，可能最糟糕的情况是地球和火星在太阳的两边分开，火星从太阳的另一边向地球发送信息需要4＋8＝20分钟。一次交换信息需要40分钟，人与人之间的通信技术，从口头传播和飞鸽传播开始，到现在的即时通讯技术，人类仅用了近200年就实现了科学技术的快速发展。可以看出，人类的交流前景是非常理想的。然而，人类从来都不是容易满足的生物，近代以来，人类把发展的目光从地球转向了其他星球。

火星离地球那么远，是利用无线电来实现对探测器的远程控制。无线电是在所有自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率在3THz（太赫兹），下限频率较不统一， 在各种射频规范书， 常见的有3KHz~3THz（ITU－国际电信联盟规定），9KHz~3THz，10KHz~3THz。

其中超短波（频率范围：30-300MHz）就有以下的应用领域：

1、电离层散射通信（30-60MHz）

2、流星余迹通信（30-100MHz）

3、人造电离层通信（30-144MHz）

4、对大气层内、外空间飞行体（飞机、导弹、卫星）的通信

5、对大气层内电视、雷达、导航、

扩展资料：

火星探测器好奇号的数据传输控制

火星探测器好奇号，NASA采用的是VxWorks操作系统。VxWorks由Wind River Systems开发，是在大量嵌入式系统中采用的实时操作系统。之前的火星探测器（旅行者、勇气号、机遇号）、火星侦察轨道器都采用VxWorks。

好奇号与地球的直接数据带宽大约8Kbit/s左右，但与火星探测器2001火星奥德赛号的最理想传输带宽则能达到2Mbit/s，而2001火星奥德赛号与地球的带宽为256Kbit/s。当探测器从漫游车上空飞过时，每次能通信八分钟，最多能传输250Mbit的数据，而这250Mbit数据需要花20多分钟才能传输到地球。

参考资料来源：百度百科-无线电

参考资料来源：百度百科-好奇号火星探测器

咱们都知道为了探索火星，人类向它发射了多个探测器，其中我们最为熟知的可能就是好奇号，洞察号了吧。那么它们在距离地球那么遥远的火星，人类到底是如何操控它们的呢？是通过什么技术做到这件事的呢？

将会有火星冲日的时刻，目前火星也正在向地球靠近中，因此今年被认为是极好的“火星探索年”，我国和美国、欧洲、俄罗斯等的航天机构都有火星探索计划，未来一段时期内，人类将迎来“探火”热潮期。

探索火星是为了将来登陆火星和向火星移民，届时人类可以在火星表面建立封闭式基地，人类可以在其中模拟地球表面的生态环境，在里面就像在地球表面一样生活，不过在这个时候，火星上的人类与地球上的人类通信打电话的话，就会出现一个延时的难题，因为火星离地球太远了。

火星在距离地球最近的时候不到5500万公里，最远的时候则接近4亿公里，即便以每秒30万公里的光速传播通信信号，也需要历时很长时间，在火星上说上一句话，无线电传播需要历时秒才能到达地球，也就是说地球上的人，需要在三分多钟之后才能听到火星上的人刚说过的一句话，而如果在最远的距离上，那么无线电信号就需要传播秒钟才能到达，也就是说需要历时分钟才能听到来自火星上的人的话语，很显然这是很不方便的。

有办法解决这个问题吗？这或许就需要用到量子纠缠了，量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统中的物理现象，其中的基本粒子会有某种状态上的共性，比如两个基本粒子属于一个量子系统，那么改变其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态也会跟着改变。

以两颗向相反方向移动但速率相同的电子为例，即使将它们横跨整个太阳系，也仍会保持关联性，当其中一颗电子状态发生变化，那么另一颗也会几乎同时发生相应的状态变化，这是量子纠缠现象，很显然，利用这种方式来传递某种信息，要比用光和无线电来传播信息可以节省大量时间，因为如果用光速横跨海王星的环形轨道，也需要历时500分钟，大约个小时，而利用量子纠缠现象的话，信息传递则几乎可以同时进行。

目前还无法说清量子纠缠的速度到底有多快，也无法说清，他们可以在多么遥远的距离上才有效，甚至无法具体说清这种“鬼魅似的超距作用（爱因斯坦语）”，一般认为是因为在量子的世界里，当几个粒子彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，因此无法单独描述单个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，那么各个粒子表现出来的共性状态就被叫做量子纠缠或者量子缠结。

这样的纠缠的技术成熟之后，那么人类移民到火星上后，火星与地球之间的通讯将不再是问题，进行即时的电话和视频应该也都是可以实现的。

对于火星与地球无线通讯的话，延迟时间大概在20分钟左右；因为火星从太阳的相对另一边，如果向地球有效发送信息的话，就是这个时间点。