太空通联新设想：在火星搭建互联网，成为地球互联网的延伸

　　也许几十年后，当宇航员登陆火星时，他们需要新的联系方式，无论是彼此之间的交流，还是与周围设备的联系，或是与地球任务控制中心进行通信。遥远星球上的宇航员更希望能与地球上的亲人进行视频聊天，通话质量清晰且无延迟。

　　但是，在火星连接地球上的WiFi似乎是不可能的，因为地球距离火星实在是太遥远了。人们或许需要另一种策略。欧洲空间局（ESA）系统工程师克莱尔·帕菲特表示，建立良好的通信基础设施对于人类完成火星任务至关重要。

　　太空旅行的未来发展必然伴随着更好的通信方式的出现。那么，火星上可能有互联网吗？

当前的通信基础设施无法满足未来火星居民的需求。太空旅行的未来发展必然伴随着更好的通信方式的出现。那么，未来火星可能有互联网吗？

图片来源：美国《科学新闻》网站

　　“精心编排的舞蹈”连接地火通信

　　国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光在接受记者采访时表示，人类在本世纪是不可能殖民火星的，但有必要在这里建立永久驻留基地。基于这一前提，才要在火星上建立互联网。

　　不过，在人们搭建火星互联网之前，首先要了解火星上现有的通信方式是如何运作的。

　　据美国《科学新闻》杂志网站介绍，地球与火星的许多通信都是通过火星中继网络进行的。目前，在火星轨道上运行的5个探测器组成了这个网络，它向火星地面任务发送指令，并从它们那里接收科学数据。这5个探测器是美国国家航空航天局（NASA）的火星勘测轨道飞行器、火星大气与挥发物演化探测器、火星奥德赛探测器和ESA的火星快车和微量气体轨道飞行器。NASA将其描述为“一支精心编排的舞蹈”。

　　ESA目前正在探讨“火星通信和导航基础设施”概念。如果继续推进，该项目将强化目前的中继网络，并开发一套与通信和导航相关的有效载荷，可搭载在任何前往火星的飞行器上。一旦部署到轨道上，这些有效载荷将充当节点，在火星上提供无线通信。它们也可留在那里，供未来的任务使用。

　　太空激光通信是关键技术

　　虽然传统的无线电频率足以满足低数据速率，但使用激光链路可在同一时间帧内传输10到100倍的数据。由于光波的频率更高，是无线电波的数十万倍，可容纳更多的信息。因此，这种类型的光信号正是空间通信的发展方向。

　　“激光通信是太空宽带所需的关键技术。”杨宇光介绍说，“激光通信是一种利用激光光束进行信息传输的通信技术，属于电磁波的一种。相对于传统的无线电波通信，激光通信具有许多优势。”

　　具体而言，激光通信的光波短，具有很高的频率，因此能实现更高的数据传输速率。激光通信也能将光的能量高度集中在一个小的空间范围内，通信时所需的能量相对较低，有助于降低通信系统的能耗。激光束发散角小，使通信信号能更准确地传输到目标地点。此外，相对于无线电波，激光通信在大气层以外的真空环境中受到的干扰较少，表现更为稳定。

　　NASA的“普赛克”号航天器于去年10月升空，其中一个重要任务就是引入深空光通信（DSOC）系统，测试激光通信的可行性。DSOC不仅代表着深空通信能力的增强，而且代表着范式的转变，有望彻底改变深空任务。

　　去年11月中旬，“普赛克”号航天器从1600万公里的距离向地球发送了数据。12月，它从3100万公里外发送了一段可爱猫咪的视频。这是NASA首次使用激光从深空传输视频。

　　ESA也在探索长距离光通信。一项名为ScyLight的项目正在支持光学和量子技术的研究和开发，以实现安全、快速的太空数据通信。

　　搭建火星互联网的构想

　　杨宇光向记者描述了其构想：未来，如果想在火星上网，那么应该在地球轨道和火星轨道上分别设有一个大型中继站。两个中继站之间可使用激光通信，而中继站与地球和火星之间则分别使用无线电通信。

　　杨宇光表示，当太阳运行到地球和火星之间时，由于太阳的电磁波谱很宽，必然会对地火通信产生干扰。届时，在日地拉格朗日L4、L5点设置两个中继站，可规避太阳遮挡的问题。

　　去年6月，德国柏林工业大学的托比亚斯·普范策尔特和大卫·贝姆巴赫提出，围绕火星运行的卫星群可为这颗红色星球提供分支互联网。

　　拟议中的火星网络将类似于太空探索技术公司（SpaceX）运营的“星链”系统。在地球上，通过卫星覆盖宽带互联网和移动电话的成本很高。但在火星上，这样的系统可能比在地球上建立一个庞大的网络更便宜、更容易。

　　普范策尔特和贝姆巴赫利用边缘计算推导出，由81颗围绕火星的低轨卫星组成的星座足以覆盖整个火星。它们将提供一个本地通信系统，成为地球互联网的延伸。（记者 张佳欣）