今天的通信基礎設施無法滿足未來火星居民的需求。圖片來源：美國《科學新聞》網站
科技日報記者?張佳欣
也許幾十年后，當宇航員登陸火星時，他們需要新的聯系方式，無論是彼此之間的交流，還是與周圍設備的聯系，或是與地球任務控制中心進行通信。遙遠星球上的宇航員更希望能與地球上的親人進行視頻聊天，通話質量清晰且無延遲。
但是，在火星連接地球上的WiFi似乎是不可能的，因為地球距離火星實在是太遙遠了。人們或許需要另一種策略。歐洲空間局（ESA）系統工程師克萊爾·帕菲特表示，建立良好的通信基礎設施對于人類完成火星任務至關重要。
太空旅行的未來發展必然伴隨著更好的通信方式的出現。那么，火星上可能有互聯網嗎？
“精心編排的舞蹈”連接地火通信
國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光在接受科技日報記者采訪時表示，人類在本世紀是不可能殖民火星的，但有必要在這里建立永久駐留基地。基于這一前提，才要在火星上建立互聯網。
不過，在人們搭建火星互聯網之前，首先要了解火星上現有的通信方式是如何運作的。
據美國《科學新聞》雜志網站介紹，地球與火星的許多通信都是通過火星中繼網絡進行的。目前，在火星軌道上運行的5個探測器組成了這個網絡，它向火星地面任務發送指令，并從它們那里接收科學數據。這5個探測器是美國國家航空航天局（NASA）的火星勘測軌道飛行器、火星大氣與揮發物演化探測器、火星奧德賽探測器和ESA的火星快車和微量氣體軌道飛行器。NASA將其描述為“一支精心編排的舞蹈”。
ESA目前正在探討“火星通信和導航基礎設施”概念。如果繼續推進，該項目將強化目前的中繼網絡，并開發一套與通信和導航相關的有效載荷，可搭載在任何前往火星的飛行器上。一旦部署到軌道上，這些有效載荷將充當節點，在火星上提供無線通信。它們也可留在那里，供未來的任務使用。
太空激光通信是關鍵技術
雖然傳統的無線電頻率足以滿足低數據速率，但使用激光鏈路可在同一時間幀內傳輸10到100倍的數據。由于光波的頻率更高，是無線電波的數十萬倍，可容納更多的信息。因此，這種類型的光信號正是空間通信的發展方向。
“激光通信是太空寬帶所需的關鍵技術?！睏钣罟饨榻B說，“激光通信是一種利用激光光束進行信息傳輸的通信技術，屬于電磁波的一種。相對于傳統的無線電波通信，激光通信具有許多優勢?！?/p>
具體而言，激光通信的光波短，具有很高的頻率，因此能實現更高的數據傳輸速率。激光通信也能將光的能量高度集中在一個小的空間范圍內，通信時所需的能量相對較低，有助于降低通信系統的能耗。激光束發散角小，使通信信號能更準確地傳輸到目標地點。此外，相對于無線電波，激光通信在大氣層以外的真空環境中受到的干擾較少，表現更為穩定。
NASA的“普賽克”號航天器于去年10月升空，其中一個重要任務就是引入深空光通信（DSOC）系統，測試激光通信的可行性。DSOC不僅代表著深空通信能力的增強，而且代表著范式的轉變，有望徹底改變深空任務。
去年11月中旬，“普賽克”號航天器從1600萬公里的距離向地球發送了數據。12月，它從3100萬公里外發送了一段可愛貓咪的視頻。這是NASA首次使用激光從深空傳輸視頻。
ESA也在探索長距離光通信。一項名為ScyLight的項目正在支持光學和量子技術的研究和開發，以實現安全、快速的太空數據通信。
搭建火星互聯網的構想
楊宇光向記者描述了其構想：未來，如果想在火星上網，那么應該在地球軌道和火星軌道上分別設有一個大型中繼站。兩個中繼站之間可使用激光通信，而中繼站與地球和火星之間則分別使用無線電通信。
楊宇光表示，當太陽運行到地球和火星之間時，由于太陽的電磁波譜很寬，必然會對地火通信產生干擾。屆時，在日地拉格朗日L4、L5點設置兩個中繼站，可規避太陽遮擋的問題。
去年6月，德國柏林工業大學的托比亞斯·普范策爾特和大衛·貝姆巴赫提出，圍繞火星運行的衛星群可為這顆紅色星球提供分支互聯網。
擬議中的火星網絡將類似于太空探索技術公司（SpaceX）運營的“星鏈”系統。在地球上，通過衛星覆蓋寬帶互聯網和移動電話的成本很高。但在火星上，這樣的系統可能比在地球上建立一個龐大的網絡更便宜、更容易。
普范策爾特和貝姆巴赫利用邊緣計算推導出，由81顆圍繞火星的低軌衛星組成的星座足以覆蓋整個火星。它們將提供一個本地通信系統，成為地球互聯網的延伸。
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