月球真的要通網(wǎng)了嗎
2025-02-20 00:00:00顧樂(lè)瑤李雅蘭馬思洋
科學(xué)大眾(中學(xué)) 2025年2期
近日，國(guó)家航天局宣布，按計(jì)劃，我國(guó)在2026年將發(fā)射嫦娥七號(hào)，2028年前后將發(fā)射嫦娥八號(hào)。國(guó)家航天局探月與航天工程中心主任關(guān)鋒指出，嫦娥八號(hào)要考慮通信的能力，在月球上肯定會(huì)有無(wú)線網(wǎng)、能源。這一說(shuō)法引起眾多網(wǎng)友好奇。
那么，以后月球上也能看直播了嗎？地月之間能像在地球上一樣進(jìn)行通信嗎？
未來(lái)月球上能夠使用手機(jī)上網(wǎng)嗎
在月球上使用手機(jī)上網(wǎng)是未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)。但目前的技術(shù)手段都是基于地面網(wǎng)絡(luò)的條件而設(shè)計(jì)的，而地面網(wǎng)絡(luò)幾乎不考慮時(shí)延的問(wèn)題。所以，這些技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行適應(yīng)性改造。
隨著人類深空探索的不斷發(fā)展和月球基地計(jì)劃的日益成熟，月球表面的通信和導(dǎo)航技術(shù)變得至關(guān)重要。月球基地作為未來(lái)空間探索和資源開(kāi)發(fā)的重要支點(diǎn)，其成功運(yùn)營(yíng)依賴于可靠、高效的通信和導(dǎo)航系統(tǒng)。通信系統(tǒng)維系著地球與基地的聯(lián)系，通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和信息，為人類長(zhǎng)期在月球上開(kāi)展可持續(xù)探索和研究提供了重要保障。
目前，地月之間已經(jīng)有中繼通信、射頻通信等通信方式，增強(qiáng)了地月通信信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。無(wú)人探月實(shí)現(xiàn)之后，我國(guó)開(kāi)始瞄準(zhǔn)載人探月。隨著探測(cè)任務(wù)的增加，對(duì)于通信的需求也越發(fā)增多，這就要求有更加高效的通信手段。
月面的覆蓋和月面的通信解決的是月面的接入問(wèn)題，稱為“接入網(wǎng)”。地球與月球之間的通信手段解決的是地月之間的通信問(wèn)題，稱為“骨干網(wǎng)”。骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)這兩部分是相輔相成的。
月球無(wú)線網(wǎng)有何特殊之處
月球環(huán)境與地球環(huán)境差異巨大，如晝夜溫差大、隕石撞擊、強(qiáng)烈輻射等，這為無(wú)線網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
月球無(wú)線網(wǎng)的特殊之處主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，由于月球沒(méi)有大氣層的保護(hù)，月夜、月晝溫度變化劇烈，通信設(shè)備在此環(huán)境下想要保障其通信功能，必須進(jìn)行設(shè)備防護(hù)；另一方面，宇宙環(huán)境的輻射對(duì)電子設(shè)備的可靠性、使用生命周期都會(huì)有一定影響，所以也要進(jìn)行適應(yīng)性改造。
從已公開(kāi)的情況來(lái)看，人類可能會(huì)瞄準(zhǔn)未來(lái)，到2040年將會(huì)建設(shè)地月通導(dǎo)遙綜合網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含地面基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)、月面的網(wǎng)絡(luò)以及月球側(cè)的繞月網(wǎng)絡(luò)。目前規(guī)劃有16顆衛(wèi)星去分步實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，例如2024年3月發(fā)射的鵲橋二號(hào)就是用來(lái)支撐嫦娥六號(hào)的。
同時(shí)，在月面的基地附近，我國(guó)會(huì)建設(shè)一系列類似地面基站的基礎(chǔ)設(shè)施。目前我國(guó)正在探索“原位制造”的方式，即利用月球表面的資源去制造。但原位制造目前還處于研究階段，現(xiàn)在更主要的方式還是用火箭把基礎(chǔ)的東西搬運(yùn)到月球表面。
月球無(wú)線網(wǎng)的信號(hào)延遲和干擾問(wèn)題是物理上的，無(wú)法改變，但信號(hào)干擾是需要國(guó)際協(xié)調(diào)去解決的大問(wèn)題。例如，美國(guó)開(kāi)啟了阿爾忒彌斯計(jì)劃，想要重返月球。同時(shí)，中國(guó)也有自己的探月計(jì)劃。在這種情況下，就會(huì)出現(xiàn)頻率使用的問(wèn)題。如果大家的頻率沒(méi)有協(xié)調(diào)好，相互之間就會(huì)形成干擾。目前，國(guó)際組織ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)相關(guān)工作，以使頻率協(xié)調(diào)一致。
月球無(wú)線網(wǎng)對(duì)航天員和科研人員有什么影響
對(duì)于航天員來(lái)說(shuō)，無(wú)線網(wǎng)在很多方面發(fā)揮著作用。以前不久我國(guó)發(fā)布的未來(lái)載人探月的登月服為例，無(wú)線網(wǎng)的使用為航天員提供了便捷性。登月航天服名為“服”，卻并非一套衣服，本質(zhì)上是特殊的“小型載人航天器”。從任務(wù)使命來(lái)看，登月航天服與空間站出艙任務(wù)使用的艙外航天服比較類似，都是為了保障航天員脫離密封加壓航天器后安全活動(dòng)，盡量提升工作效率。因此，一套無(wú)線的通信設(shè)備，將是航天員將來(lái)在月面探測(cè)的基礎(chǔ)保障手段。
對(duì)于地面的科研人員來(lái)說(shuō)，無(wú)線網(wǎng)也能夠?yàn)榭刂浦行膶?shí)時(shí)觀測(cè)航天員的生命體征提供保證。
我國(guó)的探月計(jì)劃，包括各類深空探測(cè)的計(jì)劃，一直秉持著開(kāi)放的態(tài)度。在2024年9月5日召開(kāi)的第二屆深空探測(cè)（天都）國(guó)際會(huì)議上，中國(guó)與多個(gè)國(guó)家及國(guó)際機(jī)構(gòu)簽署了國(guó)際月球科研站相關(guān)合作文件，由我國(guó)發(fā)起倡議的國(guó)際月球科研站迎來(lái)全球合作新伙伴。截至目前，已有17個(gè)國(guó)家（國(guó)際組織）與我國(guó)有關(guān)方面簽署了國(guó)際合作文件。
中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，一方面會(huì)采用共建的設(shè)施，如使用現(xiàn)在“嫦娥”系列衛(wèi)星的同時(shí)，也帶著別國(guó)的一些載荷，通過(guò)國(guó)際合作，更快提升航天科技水平；另一方面，以我國(guó)為主建設(shè)起來(lái)的基礎(chǔ)設(shè)施，一定會(huì)面向一些友好的國(guó)家，提供基礎(chǔ)的能力，以助其完成未來(lái)的月球探索任務(wù)。
如何保證地月之間信息傳輸?shù)陌踩?/h3>
目前，地面網(wǎng)絡(luò)一直面臨著網(wǎng)絡(luò)安全的問(wèn)題。到了深空探測(cè)、月球探測(cè)，安全成了更大的問(wèn)題，這涉及航天器的安全、航天員的生命安全等方面。比如說(shuō)受到黑客攻擊，地面發(fā)上去的指令中斷了，或者沒(méi)有及時(shí)送到航天員那兒，都會(huì)對(duì)航天員的生命保障產(chǎn)生影響。在安全技術(shù)方面，現(xiàn)在是把地面的一些安全技術(shù)往上遷移。另外，中國(guó)也會(huì)針對(duì)月球的特殊場(chǎng)景，提出新的解決方案。
在月球和在其他星球建設(shè)無(wú)線網(wǎng)的區(qū)別只在于距離上，在月球建設(shè)無(wú)線網(wǎng)的思路經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，就可以向外推廣。比如說(shuō)美國(guó)現(xiàn)在做的阿爾忒彌斯計(jì)劃，所有關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證，其目的不光是在月球用，更是為了人類走向火星以及更遠(yuǎn)的深空做準(zhǔn)備。中國(guó)現(xiàn)在的思路大致也是這樣，很多關(guān)鍵技術(shù)在月球驗(yàn)證過(guò)后，將來(lái)就可以向火星、向深空去推廣。
（以上內(nèi)容基于對(duì)南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院趙康僆教授采訪后整理所得）
（責(zé)任編輯：汪金寧）
