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火星大气|中国从火星发图回来，为什么比美国慢？

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中国国家航天局15日宣布天问一号火星探测器的着陆巡视器成功在火星表面软着陆后 ， 并没有像不久前在火星着陆的美国“毅力”号火星车那样 ， 在短时间内发回火星照片 。 有外媒曾以此怀疑天问一号成功着陆的消息“无图无真相” 。 19日 ， 祝融号火星车拍摄的火星表面照片正式发布 。 不过依然有很多人感到好奇：为什么中国火星车着陆4天后才发回照片呢？

火星大气|中国从火星发图回来，为什么比美国慢？
via@天问一号祝融火星车
据老司机了解 ， 这就要从当前星际通讯的原理说起了 。
当前行星际的数据传输主要依靠无线电信号 ， 而信号传输功率的衰减与传输距离的平方成正比 。 也就是说 ， 距离越远 ， 信号越微弱 ， 有效传输数据的速率就越低 。 当前火星与地球之间的距离约3亿公里 ， 其传输速率可想而知 。
具体有多慢呢？美国航空航天局（NASA）介绍称 ， 从火星直接向地球发送数据 ， 传输速率约为500bps到32Kbps ， 最快情况下也仅相当于拨号上网时代传输速率（56Kbps）的一半 。 何况火星存在自转现象 ， 一旦火星车转到远离地球的另一面 ， 这种传输还会被长时间打断 。

火星大气|中国从火星发图回来，为什么比美国慢？
前避障相机图像（图中着陆平台、坡道可见） via@天问一号祝融火星车
怎么才能从“拨号上网”进化到“宽带”呢？
为解决这个问题 ， 目前中国与美国都选择在火星轨道建立中继通信的方法 。 NASA目前有“火星勘测轨道飞行器”“火星大气与挥发演化”探测器和“火星奥德赛”号三个探测器绕火星飞行 ， 它们都可以提供中继通信服务 。
据称 ， 从火星向“火星奥德赛”号传输数据的速率为256Kbps ， 而“火星勘测轨道飞行器”更是高达2Mbps ， 每当探测器经过火星车上空时 ， 可以在8分钟的窗口期里接收最大250M的数据 ， 然后再用几小时将数据传回地球 。 如果直接从火星向地球传输这些数据 ， 即便不被打断也至少需要20小时 。 正是依靠NASA此前在火星上的预先布局 ， “毅力”号火星车才能在着陆成功后不久就发回火星照片 。
作为第一次抵达火星轨道的中国探测器 ， 天问一号显然就没有这么好的待遇了 。
根据国家航天局的通报信息 ， “当火星车于15日成功着陆后 ， 已建立了对地通信” 。 但如前所说 ， 这种直接对地通信的数据传输速度极慢 ， 只能向科研人员提供火星车的基本情况 ， 无法传回照片或视频等体量庞大的数据 ， 这时就需要在火星轨道运行的环绕器担负起中继通信的重任 。

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导航相机图像（车体、定向天线可见） via@天问一号祝融火星车
然而环绕器也要花费时间才能调整到合适轨道执行中继通信任务 。 老司机梳理了几个时间点：
15日之前 ， 天问一号的环绕器与着陆巡视器运行在周期为49.2小时（约2个火星日）的停泊轨道上 。
15日开始降落程序时 ， 环绕器首先进行降轨机动 ， 将着陆巡视器送到高度合适的位置并完成两器分离 。
当着陆巡视器开始火星表面降落时 ， 环绕器重新返回近火点高度280公里、远火点高度57000公里的停泊轨道 。
17日8时 ， 当环绕器到达停泊轨道近火点时进行近火制动 ， 进入周期为8.2小时中继通信轨道 。 这意味着每隔8小时 ， 它就能接收火星车的数据 。 由此环绕器才能承担地球和火星之间的“信使” ， 进行“地火传书” 。
国家航天局通报 ， 两器于17日建立器间通信链路 ， 第一次通过环绕器传回火星车遥测数据 。
考虑到大量图片和视频数据的传输、处理也需要时间 ， 祝融号火星车拍摄的火星表面照片于19日正式发布 ， 完美 。
来源：枢密院十号
【火星大气|中国从火星发图回来，为什么比美国慢？】编辑：安之

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