深空通讯：让“星际招呼”成执行
当地时刻8月4日，好意思国国度航空航天局(NASA)在网站上文书，其与位于地球约200亿公里的“旅行者2号”终于归附了通讯。此前，由于大地遏抑东说念主员发出伪善教导，“旅行者2号”指向地球天线的标的偏离底本位置2度，导致其无法渊博与地球进行通讯。
天线位置只是2度的偏差，为何就会导致“旅行者2号”与地球失联？“旅行者2号”又是如何与地球归附通讯的？哪些时间可已毕地球与深空探伤器间通讯？我国深空通讯时间得到了哪些推崇？带着这些问题，记者采访了筹谋群众。
天线偏差1.3度就会失联
要解释这次“旅行者2号”失联的原因，最初要了解深空探伤器与地球的聚集表情。“和其他总计的深空探伤器相通，‘旅行者2号’是借助无线电载波上的调制信息与大地进行通讯的。”中国科学院国度天文台、中国科学院大学探讨员平劲松暗示。
无线电载波是电磁波的一种。1865年，英国著明物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦从表面上讲解了电场和磁场能相互调度，且电场与磁场的相互作用能产生电磁波。在此基础上，德国物理学家海因里希·鲁说念夫·赫兹用实考讲解了电磁波的存在，并发现电磁波传播的速率与光速调换。在实验中他还察觉到，只须有变化的电通顺过线圈，就能产生电磁波；而如果把这些带有变化电流的线圈瞄准一个标的，电磁波就会朝这个特定的标的放射出去。科学家们将这一兴盛背后的旨趣和无线电雷达时间相联结，发展出无线电通讯、深空测控和雷达探伤等一系列时间。
平劲松先容，“旅行者2号”所使用的通讯表情便属于其中之一。它装备了一台直径达3.7米的抛物面高增益天线，这使它能在数百亿公里外利用电磁波中的S波段和X波段与地球上的巨型抛物面天线进行通讯。这是一种定向通讯表情，天然它需要的能量较少，但在传递信息时能量会排布在一条线上，因此天线只须偏离很小的角度，通讯就会受到影响。
在200亿公里这个距离上，3.7米直径的高增益天线辐射电磁波的主瓣标的束半宽最大也惟一不到1.3度。一朝越过这个角度，电磁波辐射功率就会大幅度镌汰，采纳端便难以感知到信号。此前，由于大地遏抑东说念主员发出的伪善教导，“旅行者2号”指向地球天线的标的偏离原来位置2度，这照旧远超1.3度的限度，导致了“旅行者2号”的失联。
通过大功率全向通讯重建筹谋
但是，就在当地时刻8月1日，NASA的国外天线收罗——“深空收罗”监测到了来自“旅行者2号”的渺小载波信号，这是探伤器发出的“我仍在渊博运行”的基础通讯信号。2023年8月4日，为确保卫星端不错截获上行载波并解码遥控教导，NASA使用“深空收罗”中功率最高的放射器向“旅行者2号”发送了“星际招呼”教导，条目它对地定向并响应操作得胜的遥测信息。经采纳信息、解码阐发等轨范，大地与失联近两周的“旅行者2号”再行建树了筹谋。
“这种‘星际招呼’本色上是一种全向的通讯表情。”中国科学院上海天文台副探讨员简念川先容说念，在全向通讯方法下，卫星和大地的联系就访佛于手机和基站，通讯的能量会迷漫到通盘太阳系空间，因此不论卫星处于什么气象齐能与大地进行通讯。但全向通讯方法需要的能量较多，是以平时大地科研东说念主员很少聘用这种方法和卫星进行筹谋。
数据传输新时间不休透露
“旅行者2号”的失联，揭示出了无线电通讯时间的固有短处。如今，无线电通讯时间正不休升级，更矫捷、更高效的数据传输表情不休透露。
简念川先容，在早期，大部分探伤器齐和“旅行者2号”相通，是利用S波段或X波段与地球进行通讯的；面前，时间的高出让东说念主们有了更多取舍。比如，面前科学家们正入部属手探讨使用Ka波段与探伤器进行通讯。与X波段比较，这个波段的频率更高、信号传输距离更远、带宽更宽，是无线电通讯时间升级的一个迫切标的。
除了无线电通讯时间方面的冲突，诸如激光通讯和量子通讯等其他深空通讯时间也在不休拓荒中。
激光比电磁波的频率更高，因此比较于电磁波通讯，激光通讯的带宽更大，数据传输速率也更快。平劲松告诉记者，面前，好意思国工程师照旧借助月球探伤器，得胜已毕了地月之间的激光通讯。改日，这种时间有望期骗在1个天文单元距离的通讯上。
此外，激光通讯时间还不错与无线电时间进行一体化期骗。2010年前后，好意思国“深空收罗”的工程师们就运转了对该时间的策画、研发和初步测试。
除了这些传统的通讯表情，量子通讯是另一个较为荒谬的发展标的。简念川先容，量子通讯的上风在于守密性较强，第三方无法截获息争密通讯内容。我国放射宇宙首颗量子科学实验卫星“墨子号”，就是为了进行量子通讯方面的实验。旧年，我国科研东说念主员利用“墨子号”已毕了地球上相距1200公里两个大地站之间的量子态而已传输。
我国已建树自主收罗
“墨子号”得到的效能，只是我国深空通讯时间高出的一个缩影。自2003年神舟五号放射腾飞，我国深空通讯领域已走过了20年。在大宗科研东说念主员的勉力下，该领域表面探讨更加深切、时间妙技不休高出，如今，我国已在多个时间层面得到冲突。
在无线电通讯层面，我国已将调节S波段测控通讯、调节X波段测控通讯等时间期骗到与回禄号火星车、玉兔二号月球车、概述性太阳探伤卫星“夸父一号”等探伤器的通讯中。与此同期，我国面前也照旧已毕了与“墨子号”等卫星的激光通讯。
“现时，我国照旧自主建成深空通讯收罗，它配备了大型无线电天线，可用于和远距离遨游器建树通讯筹谋。连年来，我国照旧开展了很多深空探伤方面的任务。确信在不久的将来，跟着深空站的完善和深空通讯时间的发展，我国的深空探伤工作将会更进一竿。”简念川说。 (科技日报记者 周想同)