如果天問一號從火星向地球發送求救信號,我們多久能收到?

2020-10-22 木鐸君

距離天問一號發射已經過去了2個多月,截止至10月1日,天問一號累計飛行1.88億千米,距離地球2410萬千米。預計還要繼續飛行4個多月的時間才能到達火星,隨後減速被火星引力捕捉。在火星近地軌道上飛行調整2—3個月的時間後進行火星著陸,成功著陸後才真正開啟火星表面探測之旅。

天問一號

火星表面情況複雜時常有難以預料的沙塵暴或極端天氣幹擾,那麼如遇緊急情況,天問一號的火星車向地球發送求救信號,我們多久能收到呢?

這個問題裡有兩個變量:

一是地球與火星的距離,二是信息傳播載體的速度。

由於地球和火星都屬於太陽系的行星,在公轉的過程中二者的水平距離是不斷變化的。當二者在太陽的兩邊時為最遠距離超過4億公裡,在二者同處太陽一邊時為最近距離大概5500萬公裡。最近距離也被稱為「火星衝日」,每779天才會出現一次,這段時間也是火星探測器發射的窗口期。

最近距離

最遠距離

目前來說人類能夠利用的最快傳播方式是電磁波,它的速度也就是光速,每秒大約30萬千米,只需要0.12秒就能繞地球一周。我們做一個簡單的數學計算就可以得出從火星上發出的信息到地球需要3分鐘—20幾分鐘。如若地球再做出回應那麼一個任務信號的傳達將花費6—40幾分鐘。

電磁波

這是理想情況下的信息傳送時長,實際上電磁波容易受到太陽風活動、宇宙背景噪聲和遠距離電磁波衰減等問題,地球接收信息的能力比想像中要弱很多。為了解決這個問題,我們在地球的上搭建了深空網。

以中國為例我們在佳木斯(國土最東部)、喀什(國土最西部)和薩帕拉(阿根廷西部)部署深空站,足以實現超過92%天域覆蓋的有效通訊。我們也是地球上第三個擁有深空網的國家,這為未來的其他行星探測計劃提供了堅實的保障。

佳木斯深空網

火星的氣候瞬息萬變,長時間的通訊交流無法解決突發的情況,這就要求火星車有一定的自我應變能力。以天問一號為例,其搭載了多項核心儀器應對可能出現的問題,所以在大多數情況下火星探測器都能自主解決。當遇見少數無法處理的故障時,一般會採取休眠的方式解決,保有最大程度的功能,等待下一次開啟。

長時間的通訊帶來的信息差,一直是科學家關注的問題,這或許在下一代的量子加密通訊領域能夠解決。

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