科普：中国从火星发图回来为什么比美国慢？

weisili134 · 发表于 2021-5-23 00:20

　原标题：中国从火星发图回来，为什么比美国慢？

　　中国国家航天局15日宣布天问一号火星探测器的着陆巡视器成功在火星表面软着陆后，并没有像不久前在火星着陆的美国“毅力”号火星车那样，在短时间内发回火星照片。有外媒曾以此怀疑天问一号成功着陆的消息“无图无真相”。19日，祝融号火星车拍摄的火星表面照片正式发布。不过依然有很多人感到好奇：为什么中国火星车着陆4天后才发回照片呢？

　　via@天问一号祝融火星车

　　据老司机了解，这就要从当前星际通讯的原理说起了。

　　当前行星际的数据传输主要依靠无线电信号，而信号传输功率的衰减与传输距离的平方成正比。也就是说，距离越远，信号越微弱，有效传输数据的速率就越低。当前火星与地球之间的距离约3亿公里，其传输速率可想而知。

　　具体有多慢呢？美国航空航天局（NASA）介绍称，从火星直接向地球发送数据，传输速率约为500bps到32Kbps，最快情况下也仅相当于拨号上网时代传输速率（56Kbps）的一半。何况火星存在自转现象，一旦火星车转到远离地球的另一面，这种传输还会被长时间打断。

　　前避障相机图像（图中着陆平台、坡道可见） via@天问一号祝融火星车

　　怎么才能从“拨号上网”进化到“宽带”呢？

　　为解决这个问题，目前中国与美国都选择在火星轨道建立中继通信的方法。NASA目前有“火星勘测轨道飞行器”“火星大气与挥发演化”探测器和“火星奥德赛”号三个探测器绕火星飞行，它们都可以提供中继通信服务。

　　据称，从火星向“火星奥德赛”号传输数据的速率为256Kbps，而“火星勘测轨道飞行器”更是高达2Mbps，每当探测器经过火星车上空时，可以在8分钟的窗口期里接收最大250M的数据，然后再用几小时将数据传回地球。如果直接从火星向地球传输这些数据，即便不被打断也至少需要20小时。正是依靠NASA此前在火星上的预先布局，“毅力”号火星车才能在着陆成功后不久就发回火星照片。

　　作为第一次抵达火星轨道的中国探测器，天问一号显然就没有这么好的待遇了。

　　根据国家航天局的通报信息，“当火星车于15日成功着陆后，已建立了对地通信”。但如前所说，这种直接对地通信的数据传输速度极慢，只能向科研人员提供火星车的基本情况，无法传回照片或视频等体量庞大的数据，这时就需要在火星轨道运行的环绕器担负起中继通信的重任。

　　导航相机图像（车体、定向天线可见） via@天问一号祝融火星车

　　然而环绕器也要花费时间才能调整到合适轨道执行中继通信任务。老司机梳理了几个时间点：

　　15日之前，天问一号的环绕器与着陆巡视器运行在周期为49.2小时（约2个火星日）的停泊轨道上。

　　15日开始降落程序时，环绕器首先进行降轨机动，将着陆巡视器送到高度合适的位置并完成两器分离。

　　当着陆巡视器开始火星表面降落时，环绕器重新返回近火点高度280公里、远火点高度57000公里的停泊轨道。

　　17日8时，当环绕器到达停泊轨道近火点时进行近火制动，进入周期为8.2小时中继通信轨道。这意味着每隔8小时，它就能接收火星车的数据。由此环绕器才能承担地球和火星之间的“信使”，进行“地火传书”。

　　国家航天局通报，两器于17日建立器间通信链路，第一次通过环绕器传回火星车遥测数据。

　　考虑到大量图片和视频数据的传输、处理也需要时间，祝融号火星车拍摄的火星表面照片于19日正式发布，完美。