把火星探测器工程师逼疯的“时间延迟”

接收"好奇号"从火星上发回数据并不是件容易的事，这目前也是整个任务是否成功的关键因素。火星车上的无线电发回到地球的数据包括探测器不同系统情况的遥感数据以及无价的视频图像。但由于距离原因，无线信号并不是实时的。

无线电信号每秒传输18.64万英里，与光速相同。在地球上，由于距离较"短"，无线通信几乎是实时的，我们在使用无线电指令和信号的时候也不会有延时。火星是距离太阳的第四个行星，距离地球的平均距离是7800万英里，所以无线电信号的延迟很明显。火星和地球的绕日轨道曲率不同，而且也在不停变换，因此火星和地球的距离也在不断改变，二者的平均距离在7800万英里和4875万英里之间，无线电信号的传输需时4分钟。NASA表示，信号传输单向传输用时14分钟意味着目前的距离是1.54亿英里，这一数字令人失望。在这样的距离下，信号衰减将是个惊人的数字，大概有278dB的路径损耗。能收到信号就已经是奇迹了。JPL(喷气推进实验室)和NASA(美国宇航局)是怎么做的？

"惊奇号"的主板上有三个无线电系统。其中两个处于X波段，也就是7-8GHz范围，一个无线电采用低增益全向天线，可以以非常低的数据率将信号传输回地球，不过它的主要功能是接受指令。X波段无线电使用可以动的高增益天线，直径约为1英尺，可以调整到面向地球的最佳位置。它的数据率也很低，可以低至160bps(没错，是bps)，高至12kbps。不过要记得低速下误码率更低，难怪就算视频压缩率高，接收依然要花很长时间。

第三个无线电是UHF数据调制解调器，运行频率接近400MHz，采用全向天线，和绕火星的卫星进行通信。绕火星的卫星有两个，但只用一个在工作，用于将数据转发到地球，它的数据率更高(约为128kbps)，因为卫星和"好奇号"的距离较近。卫星将数据发挥地球的数据率更高一些，因为其发射的功率也更大。

地球上，NASA的深空网(DSN)超大天线会接收到信号。DSN包括三个观测站，在地球上形成120度角，其中一个长期观察火星车。三个站点中，一个位于加州Mojave沙漠的Goldstone，另一个位于西班牙马德里附近，还有一个位于澳大利亚堪培拉。每个观测站点都有巨大的可移动的碟形天线，直径约为200英尺。这使得三个观测站在X频段拥有高达70db+的增益。这样的增益，加上"好奇号"天线，使得地球上的观测站有超强的接收灵敏度，能够接收到来自火星的微弱信号。

在地球上，无线电对我们来说是理所当然的事，但太空中仍然是挑战。时间延迟肯定把NASA和JPL的工程师逼疯了。无论如何，恭喜NASA和JPL，他们为此付出卓越的工程努力。