火星地球长期通信网络该如何设计?

【脑洞,忽略资金限制】

本人连业余的称不是。目前是这样的:https://github.com/InterImm/InterImmBook/issues/58

所以除了下面这些,还有什么需要注意的地方呢?

1. 需要 Geostationary satellite 作为全球通信设施,也作为地面到太空的中继
2. Intermediate communication satellite - analog to EDRS 方便空间其他非同步轨道上的通信
3. Interplanetary communication,火星和地球之间的,这里有很多问题。

几个问题。

1. 火星全球通信没啥问题,跟地球差不多吧,用卫星来做。
2. 火星地球这种行星际通信就问题很多。
- a. 火星和地球之间的通信跟两者在轨道上的相位有关。如果中间隔了个太阳,那通信就麻烦了。这时候需要中继卫星。然而我们要求通信时间最短,所以尽量的安排最短的网络。我想到的方法是在地球公转轨道上,两侧某个相位差 D 处放置两颗。这样不管火星在什么相对位置都能通信,不会受到太阳的遮挡。然而这个相位差 D 该怎么选是一个问题。
- b. 月球的遮挡。为了节省能量,行星际通信肯定不能是广播那样的,所以有定向性。这样由于月球轨道和地球轨道几乎在一个平面内,所以在某个时间,总会遮挡地球和其他轨道位置之间的通信。所以上面的这个还需要用什么手段来防止被月球遮挡。例如再添加月球公转轨道上的中继卫星。

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16个答案
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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2014-12-09 16:52

为了吸引更多的人来回答这个问题,所还是抛砖引玉自问自答。我是来学习的,希望能看到专业人士的回答。

之所以问这个问题,是因为我们星际移民中心在讨论一个火星地球通信网络的话题。想过来请教大家。如果您想在星际移民之书贡献自己的力量,欢迎到那条 issue 回复。

这背后确实是有很多困难的,例如 @猪了个去 提到的通信协议的问题。所以我们就从协议开始讨论吧。

## 通信协议

@猪了个去 所说,需要新的协议,这个协议是已经有了的,叫做 DTN 协议,也就是 Delay-Tolerant Networking,这个协议并不假定连续的 N-N 链接,如果暂时找不到目标,数据包并不会丢掉,而是储存起来,直到下次能够跟其他地方建立连接。因为太空中丢包或者被遮挡而不能通信的情况很多。所以 DTN 比较适合行星际的通信。 实际上如果可能,可以在很多卫星上装上这样的模块,形成一个行星际通信网络。

## 中继卫星

显然如果要连续的通信的话,需要中继卫星。因为如果火星和地球位于太阳两侧的时候,没有合适的中继卫星的话,通信就中断了。

中继卫星的设置有多种,我说两种吧。

### 太阳极地轨道卫星

(polar orbits,就是通过两极的轨道,大概怎么翻译吧。)

然后安排这些卫星的相位之间有如下关系,可以保证在任意时刻任意的行星轨道平面内的位置都可以链接到中继卫星。

### 非 Keplerian 轨道上的卫星

把卫星放在 non-Keplerian 的轨道上也就是非自然轨道上,需要持续的推动。比较合适的候选是太阳帆和离子推进器。

一个例子是,在火星、地球上方都放置中继卫星,这些卫星通过持续的推动维持轨道。

Sun-Mars 那个在轨道上方 0.176AU 的地方。Sun-Earth 那个 0.116AU。使用太阳帆或者离子发动机都行。

这样也不会受到 occultation 的影响了。

## 参考

上面简单说下吧,我是来学习的,希望能看到专业人士的回答。

1. CONCEPT FOR CONTINUOUS INTER-PLANETARY COMMUNICATIONS

2. A Novel Interplanetary Communications Relay

3. http://ipnsig.org/ 致力于行星际通信网络的组织,他们的 DTN 协议被 NASA 采用了。

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不能用TCP协议就是了。。。

需要写一套不需要握手的、多冗余备份、客户端进行校验的协议

不过既然现在地球上可以对火星车在线升级,那么已经做好了也不一定。。

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我觉得有很多要考虑:

首先,设计要求:你需要再怎样的可用度下达到怎样的传输速率?(延迟暂时忽略)这个决定了后面的选择

1、通信频段,可以用不同通信频段。地球大气层(尤其是水汽)是很麻烦的事情。理论上讲,频段越高,所需天线越小,功率也可以小些

2、天线大小、天线精度、射频放大器的能力。



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支持者: 热爱屈燮锋 shuyayi

看这个距离,再看看光速,看来火星和地球之间没法联机打DOTA了,运气不好刚好在太阳两侧与太阳一直线,延迟20几分钟。。。

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ohcanada医学检验科技师

2014-12-10 11:21
支持者: 谈子钧

这个问题可以尝试用坎巴拉太空计划来模拟,基本上解决方式是极地轨道卫星在中继

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卫星放在火星和地球的拉格朗日点,L4,L5就好了

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在一些小行星上建基站咋样?功率小的话就多建几个,功率大的话就可以少建几个,跟移动基站一样?这样就可以覆盖太阳系了吧?

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为什么没人提激光通讯,我觉得蛮好的呀!

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我最近还打算预言一下量子技术以后将成为主要通讯设施,因为远距离传输无延迟。为什么上面那么一大帮人还在玩卫星。。。画的图跟真的一样。。。

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yangyanggoods私立樱才学园学生会入会积极分子

2014-12-14 11:12

我觉得根本没必要摆卫星啊什么的,直接从地面发送就行。地球四周都建上激光发射器和接收器,保证任何时候都有至少两个发射器处于发射窗口,然后对火星发消息就是了。之所以要两个是为了冗余
火星被太阳遮挡的问题可以无视。反正至少要两年才能发生一次→_→

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那时连量子力学应用应该发展起来了吧

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