主题：天问要问天 -- 心有戚戚
家园 【原创】祝融发信 -- 有补充 一晃，祝融已经登陆火星好几天了，大家心心念念的火表照片却姗姗来迟。和地球上拍照上传不同，火星上祝融要传回一张照片可不简单。由于地火距离遥远，无线电信号路径损耗巨大。祝融上有一个X频段定向天线（就是那口小锅），和一个特高频（UHF）全向天线。特高频使用分米波，频段在300-3000兆赫（MHz），包含广播电视（470MHz～770MHz）和无线网络WIFI（2.4GHz）。在移动通信网络中，载波频率越高，其传播损耗越高，所以WIFI的有效通讯距离比广播电视短。正因如此，祝融使用的特高频UHF频段会更接近于广播电视而不是WIFI，反正火星上也没有广播电视信号的干扰。即使这样，全向天线也就最多几百公里直线传输距离（这就是为啥电视塔越高越好），地球上要看祝融火星电视直播是指望不上了。而X频段使用厘米波段，频段在8-12 吉赫（GHz），属于超高频。照理说，其传播损耗比特高频UHF更高，但是祝融的X频段采用抛物面天线，其天线增益与载波波长的平方成反比（也就是频率越高，增益越大）。由于定向天线增益的抬升远超传播损耗的增加，同等功率下X频段传播的距离更大。
外链图片需谨慎，可能会被源头改当然，信号接收方也必须使用抛物面天线，而且是越大越好，因为天线增益与天线面积成正比。比如我国佳木斯的66米直径的抛物面天线专为深空探测建造，差不多是极限了。
外链图片需谨慎，可能会被源头改即使这样，由于祝融距离太远和信息传送功率受限， X频段直接对地通信数传速率极低，仅为16bps，即每秒2个字节。在祝融成功落火后，首次和地球的可见弧段仅约20分钟（地球快落山了，当然太阳还没下山）。在如此短的时间里，祝融只能传输10帧数据，而地面根据这些信息在第一时间判断其生存和工作状态。计算机无线通讯里最小的帧值是64字节，而最大的帧值是1518字节。祝融直传地球一帧最多用时2分钟，这样每帧的大小为240个字节不到。一般情况下，前面几帧数据都是用于同步、校验等工作，并不是有效数据。但落火的10帧数据太宝贵了，中电科十所研发团队创造性地提出了“数据慢帧优化处理机制”，能做到信息首帧即完成同步/校验及有效数据解调输出上报。这样就实现了落火阶段极低码率数传信号的接收，1比特不浪费地为飞行控制中心提供了全部可获得的祝融落火工况信息。如此，我们才能在新闻里听到根据遥测信息，祝融成功落火，导轨放下、太阳能电池板展开、解锁机构开启等等操作顺利完成了。下面就是根据遥测信息所指示的祝融状态图。
外链图片需谨慎，可能会被源头改祝融可以用X频段定向天线每天向地球汇报一下身体状况和火星天气等，但是要用它来传图片就勉为其难了。要传图片就必须通过运行在火星极轨（86.9度倾角）的天问一号轨道器中继。5月15日7时许，祝融落火，此后天问一号在265×65000km的停泊轨道上又飞了1圈，用时两个火星日（约49小时）。到5月17日8时许，天问一号在靠近祝融号的近火点，制动进入265×15000km的中继通信轨道，周期为1/3个火星日。所以首次可以进行几百公里近距通讯的时间是5月18日9时许。这种通讯是双向的，祝融号可以接受地球给它发送的指令。同时祝融应该已向天问一号发送了所拍摄的一些照片，但要等天问一号把比较多的照片收完后找一个合适的时间，将这些照片打包一次性传往地球。
外链图片需谨慎，可能会被源头改近距通讯一次可以传送20Mbit，转化为字节只有2.5MB，压缩的图片最多传几张。所以天问一号需要在远火点附近通过X频段接收祝融发送的信息作补充。那时候天问一号速度最慢，祝融的X频段定向天线只须指向天问一号的轨道远火点，就可以有大致25分钟的通信时间。而且，祝融上X频段的定向天线似乎是单向的，即只能发送不能接收。所有的50Mbit信息都是上传的，转化为字节有6个多MB。 由于受太阳能供电约束（这点上，核电池有优势），祝融必须在阳光较强、电量较充足的时候才能用X频段定向天线较长时间发送信息。这样，每隔3个火星日，祝融和天问一号才能进行一次器间X频段通信。在三个火星日的周期里，祝融共可向天问一号发送约100多Mbit，差不多15MB的信息。假设首次远距X频段通信不须等到首次近距特高频UHF通信后的第三天、而是第二天甚至第一天就可进行，并且在远距X频段通信后不久天问一号就向地球发送，那么我们最早在5月20日左右，可以看到最多约十张（10MB）的照片。当然，真正的时间可能更长，酒陈更醇吗。
通宝推：梓童,海底鼠拨土,一日千里,jhjdylj,铁手,唐家山,北纬42度,风雪,尖石,桥上,游泳的鱼,海中山,四方城,mezhan,迷惑不解,拿不准,住在乡下,作者 对本帖的 补充(1)家园 祝融来信 -- 补充帖 来自火星的一封信：祝融号火星车首次通过环绕器传回遥测数据
- 中国探月工程
5月17日8时，天问一号环绕器
已实施第四次近火制动，
顺利进入周期为8.2小时中继通信轨道。
在这一阶段，环绕器的主要工作是
做地球和火星之间的“信使”，
进行“地火传书”。
目前，祝融号火星车正在按计划
开展周围环境感知和状态检查，
各系统工作正常。
就在昨天，两器已建立器间通信链路，
第一次通过环绕器传回火星车遥测数据。
天问已至，
求索无疆。
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家园 真没想到火星车能直传地球 真没想到小小的火星车能直传地球，哪怕三亿公里的路损！16bps传信率，一颗赛艇！
通宝推：心有戚戚,家园 【原创】祝融透视 最后聊一聊祝融的透视能力：次表层探测雷达和磁场探测仪。两种仪器的传感器都是成双成对，但却是有不同分工。次表层探测雷达有低频（55 MHz）和高频（1300 MHz）两个通道。低频通道探测火星地下100米的深度，分辨率米级。高频通道探测火星地下10米内的结构，分辨率厘米级。两者配合，用于研究火星表面和地下的土壤、冰层厚度和结构。每个通道有两个天线，一个发射电磁波，一个接受反射的电磁波。低频通道的天线为鞭状，而高频通道的天线为盒状。下图祝融在实验室中展示的时候，为了避免不小心的触碰，在祝融“辫子”上系上了红头绳。
外链图片需谨慎，可能会被源头改祝融在火星巡游时，次表层探测雷达将雷达电磁波向火星地面发射。由于火星土壤非常干燥，电导率很低，大部分电磁波会透射进去。电磁波沿着这样的土壤一路向下，直到遭遇与火星土壤电导率显著有区别的界面时（水冰、金属等）被反射回来，被接收天线拾取到。这样，祝融就可以观察到火星地表下100米深度之内的次表层的地层特征，比如雷达波反射率很高的含水层、沉积层和矿物层。这些地层特征，可以帮助人类了解火星的地质历史，也为将来移民火星提供自然资源方面的资料。
外链图片需谨慎，可能会被源头改祝融的桅杆上还安装了两个火星表面磁场探测仪的探头。之所以安装两枚探头，是因为祝融本来就是一个强的磁场源。两个探头位置不同，各自受到火星车造成的不同磁场干扰。但二者受环境磁场的影响是相同的，因此通过差分，可以提取环境磁场信息。如果想要测量火星相对很弱的环境磁场，必须要用电脑实时处理差分的算法，将祝融本身的磁场筛除掉。
外链图片需谨慎，可能会被源头改通过火星表面磁场探测仪，祝融可以探测着陆和巡视区域的磁场，确定火星磁指数。还可以与天问一号环绕器上的火星磁强计一起，探测火星天然磁场跃变，了解火星内部局部构造。火星的核心虽冷却，不再制造强劲的偶极磁场，但岩石圈仍留下一些剩磁。这些岩石圈的剩磁大多来自于火星全盛时期的地质活动。祝融通过发现的磁场信息，兴许能够破解这些发生在地下深处数百千公里深直达火星内核的秘密。
外链图片需谨慎，可能会被源头改祝融的磁场探测仪不仅对火星的地下可以进行深度透视，还可仰望天空。祝融头顶的太阳风在不断与火星的电离层发生着作用，不仅带动着电离层起起伏伏，同时也产生出各种磁场波动。对火星大气电离层的空间磁场和电流进行分析，可以帮助研究火星电离层电导率等特性。
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家园 能否科普一下美国是怎么解决地-火通讯的带宽的？ 通宝推：心有戚戚,家园 美国在火星轨道上有多颗中继卫星 所以每次发射火星车都不带环绕器，不刹车直接往火星大气层里冲。由于速度快，从进入大气到着陆的那段时间被称为“死亡7分钟”。
“天问一号”首次踏上火星之旅，环绕器兼具探测器和中继卫星的功能。由于组合体首先需减速被火星捕获，所以，祝融进入火星大气时的速度较慢，闯过“恐怖9分钟”。
由于美国在火星轨道上有多颗中继卫星，所以着陆器几乎一打开天线就可以传图像，地面上很快就能看到第一幅照片。下面的黑白小照片就是最新的核电池动力火星车坚毅号所摄的第一张火星图。希望这次祝融给我们首秀的就是精美大彩照。
所以，通信速率方面应该没有太大的差别，但是在通信次数和时长上，中继卫星多的当然有优势。
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家园 贵州的天眼能否改进有通讯功能 通宝推：心有戚戚,
见前补充 4621658
家园 从磁场的角度来看，那就是说火星相当于老化的地球了？ 如果是那样的话，哪怕将来地球金属核冷却了，火星还是更不适合人类定居？
通宝推：心有戚戚,家园 地核冷却那估计得好几亿年以后了 地球上人类近期面临的挑战可能是地磁反转。
前一阵子，地磁北极快速移动，够吓人的，好在现在似乎放慢脚步了。
地磁反转不可预测，有时候几千万年都不变（白垩纪）。有时候5万年内变两次。
但万一发生了反转，期间地磁总量减少到10%，那对人类和动物甚至是植物的影响肯定是巨大的。没有磁场的保护，宇宙射线（太阳风）长驱直入，癌症率肯定大大增加。航天器也会大受影响，比如空间站的使用和寿命等。如果农业生产受影响，更会带来社会动荡。
但愿地磁反转来得晚些，最好人类作好准备了再来。
家园 我有一个大胆的想法 开发一种自带磁场的衣服申请专利。然后想办法在网络上宣传地磁场正在发生异常变动以及太阳射线致癌等等，然后隆重推出我的磁场屏蔽衣，可对人体进行全身上下磁疗 ，尤其是可屏蔽一切带电粒子的宇宙射线有效防止皮肤癌，到时候就可以赚点钱，一旦地磁场反转，公众恐惧心大起，那就大赚了。先定一个小目标 ，明年看看能不能赚一个亿……今天先想到这里 ，我先出去拿个快递。。。
家园 祝贺祝融号火星车成功着陆！ 
据新华社消息，5月15日，天问一号探测器的着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。
中国航天器首次奔赴火星，就“毫发未损”地顺利出现在遥远的红色星球上，完成了人类航天史上的一次壮举，实现了我国首次地外行星着陆。
着陆后，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。
凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。
4时许，着陆巡视器与环绕器分离。历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。
从进入火星大气到着陆火星表面是整个火星着陆过程中最为惊险的时刻。我国天问一号任务火星着陆分为气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障与缓速下降四个阶段，历时“惊魂九分钟”。
两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信，搭建起地球和火星之间的通信桥梁。
后续，“祝融号”火星车将依次对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。
通宝推：桥上,迷惑不解,风雪,家园 转个漫画，很有感觉 
通宝推：梓童,李根,心有戚戚,