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祝融號(hào) 毅力號(hào)三分鐘傳回首圖，祝融號(hào)為何要等4天？差距比想象中更大

5月15日，天問一號(hào)著陸器攜帶祝融號(hào)火星車成功落火，祝融號(hào)傳回了遙測(cè)信號(hào)，標(biāo)志著我國火星探測(cè)實(shí)現(xiàn)了新的里程碑。但稍有美中不足的是，我們?cè)诘谝粫r(shí)間知道著陸成功了，但卻只是收到了遙測(cè)信號(hào)，用一句不太恰當(dāng)?shù)脑捳f，就是“無圖無真相”，直到4天后的5月19日才發(fā)布了著陸現(xiàn)場(chǎng)照片。而之前美國毅力號(hào)著陸時(shí)，僅用三分鐘（不包括光速傳播的時(shí)間）就傳回了首張照片，當(dāng)時(shí)大家并未感受到有何難度，但通過這次祝融號(hào)的經(jīng)歷，才真正體會(huì)到中美在深空通信方面的客觀差距。
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天問一號(hào)著陸器5月15日成功著陸
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5月19日祝融號(hào)發(fā)回首張照片
祝融號(hào)與地球通信有多困難？
在火星上與地球通信有多難？超出你的想象！平常我們最常見到的空間通信場(chǎng)景是人造衛(wèi)星或空間站等近地航天器。這些衛(wèi)星尤其是通信衛(wèi)星，傳送起數(shù)據(jù)和圖片可以用“秒傳”來形容。現(xiàn)在各種活動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)直播也經(jīng)常使用衛(wèi)星，充分體現(xiàn)了太空技術(shù)帶來的方便快捷。
同樣是航天器，為什么祝融火星車傳個(gè)數(shù)據(jù)就這么難呢？其實(shí)原因很簡(jiǎn)單：衛(wèi)星繞著地球轉(zhuǎn)，離我們很近，比較遠(yuǎn)的同步衛(wèi)星軌道高度也只有三萬六千公里左右。而火星探測(cè)器繞著火星轉(zhuǎn)，祝融號(hào)還落在了火星表面上，距離地球非常遙遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)時(shí)達(dá)到4億公里，電磁波走一趟單程都需要20多分鐘，要通過深空網(wǎng)絡(luò)才能與地球通信。
火星與地球的距離極其遙遠(yuǎn)
祝融號(hào)在火星表面著陸之后，有兩種和地球通信的手段：一種是直接通信，一種是通過火星上空的環(huán)繞器來中繼通信。祝融號(hào)裝備了兩套通信天線，分別工作在X波段和UHF波段。
X波段天線是一個(gè)小型可轉(zhuǎn)動(dòng)定向天線，在通信時(shí)必須對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。X波段天線可以直接與地球通信，由于火星與地球的相對(duì)位置變化比較慢，地球在火星天空中的位置也相對(duì)固定，X波段天線對(duì)準(zhǔn)地球比較容易，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的通訊。但我國火星車僅有200多公斤，天線口徑不大，進(jìn)行直接對(duì)地通信時(shí)，傳輸速率僅2字節(jié)/秒，只能用來確認(rèn)設(shè)備工作狀態(tài)，想傳圖片是沒門了。
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祝融號(hào)上的UHF和X波段天線
不過我們還有另一種通信手段，那就是火星車先與環(huán)繞器聯(lián)絡(luò)，環(huán)繞器再將接收到的數(shù)據(jù)傳回地球。祝融號(hào)的UHF和X波段天線都可以與環(huán)繞器通信。然而我們?cè)诨鹦擒壍郎现挥幸粋€(gè)環(huán)繞器，它在265*65000公里的停泊軌道上釋放了著陸器后，還會(huì)沿著這一軌道再運(yùn)行一圈，這一圈就需要2個(gè)火星日，而一個(gè)火星日跟一個(gè)地球日的長(zhǎng)度差不多。繞了這一圈后，環(huán)繞器會(huì)進(jìn)行第四次近火制動(dòng)，進(jìn)入265*15000公里的中繼軌道。
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天問一號(hào)釋放著陸器，環(huán)繞器還要在停泊軌道再繞一圈
UHF天線是固定不動(dòng)的，不需要指向目標(biāo)，但傳輸距離短，只能在環(huán)繞器位于橢圓軌道的近火弧段，與火星車距離較近時(shí)才能通信，所以在環(huán)繞器再繞一大圈這兩天時(shí)間里完全無法使用，只能等環(huán)繞器繞回來制動(dòng)進(jìn)入中繼軌道，再繞到中繼軌道的近火弧段后才能使用。在這之后每個(gè)火星日可通信一次，每次8至10分鐘，速度約40Kb/s，總共可傳輸約20Mbit的數(shù)據(jù)，即2.5兆字節(jié)，相當(dāng)于一幅清晰度還不錯(cuò)的圖片的數(shù)據(jù)量。
與UHF天線不同，不管是在近火還是遠(yuǎn)火弧段，用X波段天線都能與環(huán)繞器通信，但卻存在一個(gè)難點(diǎn)：環(huán)繞器在中繼軌道一天就能繞火星三圈，會(huì)在火星天空中快速移動(dòng)，尤其在近火弧段移動(dòng)得更快，X波段天線必須不斷調(diào)整角度，保持對(duì)準(zhǔn)環(huán)繞器才能通信。考慮到供電的限制，火星車每3個(gè)火星日才向環(huán)繞器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，每次可發(fā)送50Mbit，也就是6.25兆字節(jié)，相當(dāng)于一幅彩色高清大圖。
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天問一號(hào)的各個(gè)軌道
數(shù)據(jù)傳到環(huán)繞器后，再與地球通信的條件就好得多了，環(huán)繞器電力充沛，配備了多種天線，可以方便地與地球通信，下傳速率可達(dá)4Mbit/s，即512 KB/s，雖然不如大家平時(shí)用的寬帶網(wǎng)速快，但考慮到這是在4億公里外通信，已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了。
據(jù)官方報(bào)道，5月18日，火星車與環(huán)繞器成功建立了通信鏈路，并傳回了遙測(cè)數(shù)據(jù)，這表明火星車已經(jīng)通過UHF和X波段天線與環(huán)繞器建立了聯(lián)系。不過由于通信帶寬和時(shí)間有限，與傳送圖片相比，更重要是應(yīng)該是與火星車狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)，大家喜聞樂見的圖片和視頻的優(yōu)先級(jí)未必很高，而圖片傳回來后還需要處理，什么時(shí)候能與公眾見面，還得看官方的考慮，因此又拖了一天，到5月19號(hào)首圖才與大家見面。

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