提到通信失联,人们的第一反应就是,通信设备出了故障。本来,航天器与地面团队之间的通信链路可能受到多种因素影响,包括设备是否正常运行、信号的强度和辨识度、自然和人为干扰等。

通信设备故障损坏确实是导致通信中断、天地失联的常见真相之一。航天器上的通信设备工作环境严酷,随着运行时间延长,受到多种环境因素潜移默化地影响,设备老化是不可幸免的,容易引发通信链路不稳定,交流不定期中断。
停电一度导致美方与国际空间站通信失联
为了应对这种情况,航天器的通信系统通常会设计有备用设备或冗余通信链路,确保即使在主设备发生故障的情况下,仍能保持最低限度的与地面团队的通信连接,提高通信的可靠性和稳定性。
除了设备故障这类“硬伤害”之外,通信链路还有可能受到信号干扰等“软破坏”。所谓“信号干扰”,指的是来自其他设备或背景环境的无关信号与通信信号产生了复杂作用,导致通信信号质量下降或传输信息错误。为此,航天器的通信系统通常会应用抗干扰技术,完善信号处理算法,以便提高信号质量和抗干扰能力,幸免“喧宾夺主”的尴尬情况。
随着人们生产生活中的电子设备越来越多样化、复杂化,电磁背景不再“洁净”,电磁波“污染”愈演愈烈,电磁干扰也成为导致通信故障的主要因素之一。为了战胜这种几乎无处不在的威胁,航天器通信系统通常会在设计阶段就仔细考虑电磁兼容性问题,选用适当的屏蔽措施和抑制干扰技术。
事实上,电磁干扰往往来自强电磁场,这未必是人类活动的不良结果。恶劣的天气条件,如雷暴等,同样会产生强大的电磁能量,干扰航天通信设备正常工作,进而引发信号传输不畅、通信中断等。针对这种人力似乎难以正面对抗的“天威”,航天器和地面团队一般采纳高频无线电通信技术加强联络。
即使设备一切正常,而且地球大气层内的干扰因素作用不显著,天地失联仍有可能发生。航天器进入特定轨道运行时,由于距离较远,或者暂时遭遇特定的物体遮挡,导致无法与地面团队保持实时联系。科研人员一般都会未雨绸缪,使航天器具备自主导航“绝技”,以便其独立确定自身位置,并根据需要进行轨道调整,尽快恢复与地面团队的通信畅通。
不难发现,引发天地失联的因素很多,航天器和地面团队遇到紧急情况时,有必要进行多方线索查证,仔细确定真相,尽快制定出符合实际情况的处置方案。
多种手段化险为夷
在航天任务中,确保天地之间的稳定通信非常主要。无论是地面及时获取航天器的状态信息、发送指令,还是航天器传回观测成果,保障任务顺利进行,都离不开高效、可靠的通信线路。因此,一旦出现意料之外的天地失联,必须尽快恢复联络,而在当前技术水平下,往往是地面团队承担更主要的责任。
为了提升天地通信的可靠性,地面团队往往事先发射或及时补发中继通信卫星,建立起“无缝”通信网络。当作信号中继站点,这些卫星能够接收信号,转发到地面站,克服地球不同位置之间的距离限制,确保航天器在轨道上尽可能多的位置与地面保持联络。这种方法平时能够显著扩展航天器的通信范围和信号覆盖率,紧急时刻又能提升“抢救”成功的概率。
中继卫星使用激光传输数据示意图
随着信息化技术进步,面对信号干扰现象,航天器和地面团队可以借助网络延时补偿和差错校验等技术手段,提高通信质量。网络延时补偿技术可以根据信号传输的延迟时间进行相应的调整,以保证通信信号的同步性。差错校验技术能有望检测和纠正通信中可能出现的错误,确保数据的准确性和完整性。
面对地球大气层内的气象干扰,高频无线电波受到科研人员青睐。它具有穿透大气层的特殊能力,特别适用于远距离通信,相比其他频段的无线电波,在大气层中的传播损耗较小,尤其是能够有效地穿越云层雷雨等,帮助航天器在恶劣天气下尽力与地面团队保持联系。
在这方面,设计者还可以考虑为航天器配备多个接收器和发送器,增加信号强度和覆盖范围。同时,航天器按照预设程序,利用天线技术进行信号调整和增强,也有希望适应不同的天气条件和环境。
国际空间站上配备了多种通信设备
自主导航技术对于航天器定位、变轨并恢复与地面联络是至关主要的。目前,自主导航重要依靠激光测距和星载惯性导航等手段来实现。其中,激光测距系统通过向目标发射激光脉冲,并根据脉冲的回波时间来计算航天器与目标的距离。航天器上的激光测距器及时扫描周围环境,揭秘获取的距离信息,就可以确定自身相对于其他物体的位置和姿态。
星载惯性导航系统借助惯性传感器 如陀螺仪、加速度计等,测量航天器的线性加速度和角速度,并根据这些数据来估计航天器的位置和姿态变化,提供高精度的位置和姿态信息,使得航天器在没有地面信号的情况下独立导航。
新技术催生新解法
随着微电子、人工智能等技术进步,航天器运行时间更长,飞往更远的目标,虽然面临更多挑战,但也有希望解决更多传统上难以应对的问题。
例如,新一代自主导航技术能够周期性地更新航天器的位置和姿态信息,一旦发现与地面通信信号偏弱或中断,可以根据自身定位信息进行处置。显然,这有效地提高了航天器的独立性和灵活性,减少了对地面控制的依赖。
值得一提的是,自主导航技术还为航天任务提供了更出色的安全性和精确性。航天器可以根据实时位置和姿态信息来调整轨道,适应各种任务需求,如卫星定位、宇宙探测等,从而给宇宙探索和资源利用带来了更多的可能。
旅行者2号探测器近期与地面团队短暂失联
长期以来,航天器内部系统问题导致天地失联,包括计算机系统崩溃、电力供应故障、传感器故障等情况,只能“自求多福”。不过,随着技术、工艺进步,航天器备份性增强,有望逐渐获取自行化解故障的能力。
比如,面对计算机系统崩溃,航天器会采取应急措施,及时启动内部备用电源和备用通信设备。备用电源可以提供稳定的电力,确保其他主要设备正常运行。备用通信设备使用不同的频率,或借助卫星尽快与地面团队恢复联络。
航天器飞入宇宙前,电力系统会接受科研人员的细致检查,但电池失效、电路异常等因素仍有可能导致电力供应故障。为了应对这种意外事故,航天器会设置备用电源系统,包括太阳能电池板、燃料电池等。
航天器上搭载了各种传感器来获取环境信息,执行观测任务。某些传感器如果无法正常工作,就有可能“牵连”其他设备。为此,航天器可以设置多个传感器冗余系统,即使某个传感器发生故障,其他传感器仍能提供准确数据,并通过备用通信设备与地面团队保持联系。
展望未来,随着人工智能技术应用更加广泛而深入,航天器控制软件也将具备更出色的模块化、通用化性能。面对多种因素引发的天地失联危机,航天器有望自主“隔离”故障部分,重新构建控制系统,借助中继通信卫星、自主导航、备用系统和设备等,提高天地联络恢复的效率,从而助力任务顺利开展,获取更大的宇宙探索成就。
宇宙中5颗奇特的系外行星,其表面的恶劣程度难以想象!
在我们的太阳系中一共有八颗行星围绕着太阳旋转,其中内侧四颗为岩石行星,外侧四颗为气态行星,不过行星并非是太阳独有,在宇宙中几乎每一颗恒星都拥有自己的行星,而这些行星被天文学家们称为系外行星。到目前为止,天文学家通过望远镜已经在宇宙中发现了超过5000多颗系外行星,而且在这数千颗系外行星中,还存在着远超出我们想象的奇特世界, 如有些行星的表面会下玻璃雨。有的会上演冰火两重天, 有的甚至还会逃离母星的控制,成为流浪行星,而今天便带你了解宇宙中奇特的5颗系外行星。1.HR 5183b行星HR 5183b行星是一颗气态巨行星,它距离我们大约为100光年,质量是木星的三倍,当时天文学家在发现它后,曾表示从未见过如此奇特的系外行星,因为它拥有奇怪的蛋形轨道,并且具有极高的偏心率,假如我们将他想象成太阳系的木星,那么其最远轨道能够达到海王星之外,可以想象到他的奇特之处。2.WASP-76bWASP-76b行星位于双鱼座方向,距离我们地球大约为630光年,他是一个绕着F型主序星运行的气态巨行星,其质量大约是木星的0.92倍,半径为木星的1.83倍,而它之所以独特是因为在它的表面会下铁雨,由于距离母恒星非常近,已经被潮汐锁定,因此它的一面总是朝向恒星,其白天温度高达2500C,以至于该行星上的铁元素都熔化成了气体。这些铁蒸气被强风吹到较冷的区域,并凝结成液滴形成铁雨。3.HD189733bHD189733b是一颗距离地球约63光年的系气态巨行星,质量比木星还要大13%,在2008年,天文学家通过偏振测量法测定,发现HD189733b的蓝色波段反照率高于红色,这意味着他看起来是一个美丽的蓝色星球。不过HD189733b虽然呈现出蓝色但并不是海洋,因为HD189733b表面温度极高,天文学家经过进一步分析发现,在它的大气层中富含硅酸盐,而这些硅酸盐在高温下熔化,然后形成了玻璃雨。这些玻璃雨在风速高达9000公里/小时的超音速风中呈弧形落下。4.开普勒10b开普勒-10b是开普勒望远镜发现被确认的第一颗岩质系外行星,距离地球大约为564光年,质量是地球的3.2倍左右,假如你能够置身于该行星表面会发现他这里如同地狱一般,由于距离主恒星非常之近,只有太阳至水星距离的20分之一,因此表面温度高达1300C,而在如此高温下,开普勒-10b上的铁和硅酸盐都成了熔岩状态,从而形成巨大的熔岩海洋。同时在强风的携带中,还会下熔岩金属雨5.流浪行星我们知道几乎每个行星都是围绕其母恒星运行,但在宇宙中也有特例。有些行星可能由于某种原因会逃离母恒星的引力控制,独自在寒冷的黑暗空间中徘徊。而这些行星被称为流浪行星,比如CFBDSIR2149便是一颗被恒星抛出的流浪行星。它的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的年轻行星,不过他是何种原因被抛出原来的行星系统,我们还不得而知!以上便是5个奇特的系外行星,看完不禁令人惊叹宇宙的奇妙和多样性。那么你觉得以上哪个最奇特呢,欢迎在下方评论留言!
科学发现:12.5光年外有一颗最近似地球的行星,或有外星人存在?
一百年来,科学家们采用越来越先进的仪器设备搜寻外星人,这些设备包括但不限于陆地和太空的各种类型天文望远镜、无人探测器等等,从近及远,希望在茫茫宇宙中找到知音。但一直都在失望中,太阳系没发现,远离太阳系亿万光年的深空也没发现。这至少说明了两个问题,一是就是在宇宙中生命和文明太稀有,知音难觅;二是人类的科技和探测水平还处于很低层次,无法发现即便近在咫尺的外星生命和文明。随着各种地面天文望远镜、太空望远镜的不断提升,科学家们的目光从太阳系内逐步转向太阳系外,寻找可能存在生命的行星。1992年美国阿雷西博天文台发现了第一颗太阳系外行星,迄今已经有5000多颗太阳系外行星被发现。科学家们按照地球生命孕育和存在条件来寻找地外星球的生命之源,即寻找所谓的宜居星球。地球是一颗具有岩石外壳的行星,这样才能够适宜生命在表面活动;其次地球存在液态水,海洋才是地球生命的摇篮。而适宜温度,是液态水存在的前提条件,目前地球平均气温约为15℃。科学家们认定这是目前认知生命存在的两个硬条件,系外行星如果具备这两个条件,就属于宜居星球。行星本身不发光发热,主要依靠恒星的辐射能量才能保持温度,这样宜居星球就至少要与主恒星保持一定距离,远了不行,近了也不不行;宜居星球还不能像太阳系木星、土星、天王星、海王星那样的气态行星,而是像地球、火星这样的岩石行星。符合这两个条件的行星极少,在已经找到的5000多颗太阳系外行星中,类地行星大约只有几百颗,宜居带行星只有几十颗。当然,除了以上最重要的两项条件,要让生命孕育和存活还有许多严苛的要求,这样科学家们弄了个地球相似度指数,英文为Earth Similarity Index,简称为ESI,就是根据行星半径、密度、质量、逃逸速度、表面温度、处在宜居带的位置等,通过公式量化打分,取值0~1之间,0代表完全不同,1代表完全相同。一般认为0.5分以下的行星是不适宜生命存在的,相似度越高,孕育和存在生命的可能性就越高。在我们太阳系,除了地球,还有三颗类地行星,它们的ESI值分别为:水星0.6,金星0.44,火星0.7。金星是距离地球最近的行星,且质量和地球差不多,又距离太阳系宜居带最近,为啥ESI反而只有0.44呢?这就是因为那里的大气和表面状态十分恶劣,被称为太阳系的地狱行星。而火星ESI值为0.7,是太阳系与地球相似度最大的行星,这也是科学家们正在努力奔赴火星,企图开发火星的原因。而太阳系外一些经过科学家们精挑细选出来的行星,却有不少高于火星ESI值的星球,如格利泽-832 c为0.81,开普勒-442 b为0.83,开普勒-62 e为0.83,格利泽-667 Cc为0.84,开普勒-438 b为0.88等。距离我们最近的恒星比邻星也有两颗行星,其中比邻星b的ESI值也高达0.86。而我们今天重点要说的这颗蒂加登星b星,ESI值竟高达0.95!这是迄今为止,科学家们在太阳系外发现与地球最接近的行星,说它是地球的表兄弟甚至亲兄弟都不为过,那么那里会存在蒂加登星人吗?现在开始说重点:蒂加登星b是一颗怎样的星球?2003年,科学家在白羊座发现一颗暗弱的恒星,被称为SO J025300.5+165258,距离我们12.5光年。这项发现是NASA一个研究小组在搜寻之前的小行星数据资料中意外找到的,由此就以这个研究小组组长、NASA天体物理学家博纳尔·蒂加登的名字命名,被称为蒂加登星。为了方便读者理解,这里简要说一下系外行星的命名规则。一般来说就是在发现的恒星后面加上小写字母a以后的英文字母,a一般用于恒星,不用于行星。因此某恒星系统第一颗被发现的行星就被称为某恒星b,其次就类推为c、d、e、f、g…等等。蒂加登星现在发现了两颗行星,被分别命名为蒂加登星b和蒂加登星c,我们要说的ESI值达到9.5的行星就是蒂加登星b。为什么其与地球相似度这么高呢?首先,其公转轨道处于蒂加登星的宜居带,因此其表面温度适宜,这样,这颗星表面就很可能存在着液态水;其次,这颗星是一颗类地行星,其大小约地球的1.05倍,也就是个头质量与地球差不多,生命承受的重力也与地球相当。这是宜居星球最重要的两项指标,蒂加登星b都符合,通过计算其ESI值达到惊人的9.5。但因此就认为那上面一定会有我们的知音,就有些过于乐观了。实际上,蒂加登星b还有许多与我们地球不一样的条件,有些甚至令人细思极恐。蒂加登星b的主恒星蒂加登星是距离太阳最近的恒星之一,排在第24位。但这颗恒星很小,是一颗红矮星,质量只约太阳的8.9%,表面温度只有约2600度,不到太阳的一半,光度只有太阳的约十一万分之一,视星等为15.4等,距离人类肉眼能看到的6等星亮度差了5757倍,因此很晚才被发现。由于恒星很小,亮度热度较低,其行星为了获得可保存液态水的温度就必须距离恒星较近,因此在所谓宜居带的蒂加登星b距离蒂加登星就只有约0.025天文单位,约375万公里,也就是约为地球与太阳距离的0.025倍,约水星与太阳距离的十六分之一。根据蒂加登星的亮度和温度,在这样一个距离相当在我们太阳系的地球和金星轨道之间,正好是在宜居带,让蒂加登星b的表面气温能够保持在0摄氏度以上,理论上应该比地球更热一些,具备存在液态水的条件。但这种距离不可避免可能会发生两个事件:其一,蒂加登星强大的引力潮汐力很可能早就将蒂加登星b潮汐锁定了,就像月球被地球潮汐锁定一样,永远一面朝着主星;其二,强大的恒星风让蒂加登星b的大气很难保留。这样,蒂加登星b会成为一个冰火两重天的世界,朝着主恒星的一面处于永远的白天炽热状态,水被蒸发殆尽,而背着主恒星的一面则永远处于黑暗的冰封酷寒中,连大气都被冻结。而且,许多红矮星都是耀星,所谓耀星就是恒星上每天会出现几次超级耀斑爆发,紫外辐射会瞬间增强几百乃至上万倍,在耀斑爆发的几分钟内,恒星都会由红色变成蓝色,这种强烈的紫外辐射会杀死行星上一切生命,同时吹跑行星大气。大气和地磁是地球生命保护的双重铠甲,蒂加登星b没有了大气和地磁保护,将受到来自蒂加登星的强烈辐射,生命很难存活。而且,这样近的距离让绕蒂加登星公转一圈只需约117个小时,每秒线速度约56公里。也就是如果那里真的有蒂加登星人,他们约4.9个地球日就过了一年。当然,由于已经被潮汐锁定,就没有了一年四季,倒也感觉不到一年的寒暑变化。那么,蒂加登星b在这样的环境下会有生命存在吗?现在还是个未知数,也只能是个未知数。因为人类现在的观测水平还很弱,无法看清那里的一切,甚至根本看不到蒂加登星b的存在,只是通过大型天文望远镜分析恒星的光变和引力摄动,来估计那里的情况。如果要证实那里到底有没有蒂加登星人,最好的办法就是到那附近去看一看。可惜,现在人类的航天速度还处于蜗牛时代,虽然无人探测器通过行星引力弹弓效应已经达到了秒速200公里,但载人航天的速度还只能勉强达到第二宇宙速度,也就是每秒11.2公里。如果要飞出太阳系,至少要达到第三宇宙速度,即每秒16.7公里。如果载人航天在短期内达到第三宇宙速度,按每秒17公里的速度飞到蒂加登星去,一切都顺利的话,旅途也要22万年;即便无人探测器200公里秒速,飞往蒂加登星也需要18700多年。因此,要去蒂加登星看一看的愿望,在今天还只能是个不切实际的梦。这样,那里有没有蒂加登星人,就无法定论了。不过科学家通过分析,认为那里的生命存在条件并没有上述说的那么悲观,主要原因如下:1、蒂加登星的年龄至少已经有80亿岁了,这样比太阳就大了约35亿岁,作为红矮星年轻气盛的耀星时期已经过去了,恒星运行已经平稳多了,因此对蒂加登星b就友好多了,不至于有那么恶劣的辐射环境。2、即便蒂加登星的大气被吹跑了,又没有地磁保护,但只要有海洋存在,同样可以孕育和生存生命,因为海洋可以隔离和吸收辐射,生命可以生存在深水里。3、即便被潮汐锁定,一面固定对着恒星,另一面永远得不到光照,但如果有空气流动的话,依然能够传递热量,让背面也能感受到温暖;而且,在晨昏带,就是白天与黑夜的交界处,还有一圈恒温带,完全适宜生命存在。4、相对太阳这样的黄矮星,红矮星寿命超长,因此具有让生命稳定生存很长的时期,这个时间长达几百上千亿年,蒂加登星寿命可达万亿年。而太阳寿命只有100亿岁,而且让地球生命宜居的时间只有10~15亿年。5、现在的蒂加登星b比地球年龄大了35亿岁,如果蒂加登星人像人类一样的时间出现,现在文明已经有35亿年了,那是何等先进的文明啊。所以,科学家们还是看好那里的生命,更期盼着那里出现文明。如果那里真的存在高级别文明,我们去不了,说不定哪天蒂加登星人就来到我们面前呢。