火星全球通信系统以及火星行星际通信系统
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- Geostationary satellite
- Intermediate communication satellite - analog to EDRS
- Interplanetary communication
话说这个很容易在 KSP 中模拟一下,到时候可以用 KSP 的画面来配图。
论文
- An Interplanetary Communication System 这个不是将网络的而是点对点通信的
- CONCEPT FOR CONTINUOUS INTER-PLANETARY COMMUNICATIONS
这篇文章是一个利用太阳的 polar orbits 上的三颗卫星做中继,结合行星的同步卫星来通信的。(感觉有个好处是离太阳近的这些卫星可以更好的利用太阳能)
三颗卫星的相位关系可以这样安排,好处是任意时刻都可以做中继。 - A Novel Interplanetary Communications Relay 这篇论文提到了很多的不在 Keplerian 轨道的通信卫星。如果使用太阳帆的话,倒也不需要携带燃料,听起来不错。 McKay 等人提出的。
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。
总结:
- 星际网络协议。DTN 协议,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,形成一个行星际网络。
【如果作为设想的话,可以假定 Unisat 最终使用一个类似的协议 (DTNO?DTN Optimized?)来建立一个庞大的星际通信网络。】
【具体的技术上,可以考虑激光传输。激光的好处除了高带宽,还可以量子通信结合起来,比较方便扩展。】 - Unisat 的通信系统。在下面几个问题中有讨论。但是可以使用现成的设置也就是上面提到的中继卫星方法。
续:
几个问题。
- 火星全球通信没啥问题,跟地球差不多吧,用卫星来做。
- 火星地球这种行星际通信就问题很多。
- 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。
- 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。
脑洞的话,将来会有 warp 驱动的信息包裹来通信,比光速更快……
相位差的话难道不是L4、L5点最合适么,和地球相位始终保持在60度,即使地球火星位于太阳两端也应该能起到中继的作用?
@ProtossProbe 实际上想想在地球轨道平面内的中继并不太好,因为会在某个时刻收到月球的遮挡。这也是为什们大家一致在找什么太阳卫星,或者在地球上方的卫星这类方案。
读了篇小短文:http://thespaceeconomy.blogspot.com/2015/01/interplanetary-communications-company.html (被墙了,所以我分享到了 evernote :https://www.evernote.com/pub/emptymalei/InterImmShare#st=p&n=2cab1c74-4527-4740-b637-ad6c95e1d5ed )
另外我把我之前收集的新闻论文之类的 evernote 笔记本分享出来了:https://www.evernote.com/pub/emptymalei/InterImmShare
几个感想
通信上的问题:
lag <- web cache,在火星上缓存地球上的网站;或者由网站购买火星服务器,直接在火星上提供服务。
解决 lag 的一个方法是使用 cache
例如早期只能自己解决,就是自己用服务器 cache 网页,后来有了整个的网页 cache 服务商,再后来运营商(Interplanetary Communications免费集成了这种服务。有的互联网公司购买了火星的服务器来托管一份网站镜像,对于交互式的网站更加方便了。
这就需要火星有个独立的 information infrastruture.
另一个问题我们之前讨论过了:
其他行星或者太阳的遮挡 <-可以通过中继卫星解决,其实当我们的 interplanetary satellites network 搭建起来之后,这个问题就不存在了,每个卫星都可以作为中继。所以我们的目的是搭建一个无处不在的星际通信卫星网络。
关于这部分的历史设定
- 地球一边的网络
关于 SpaceX 的卫星互联网和 Vergin Galactic 的 OneWeb,假定 SpaceX 一次可以发射10颗这种小卫星,平均每年发射四次,这样两三年就可以完成任务了。安全起见,我们可以设定 2018 年正式开始。也就是 2021 年可以完成。
- 火星一边的网络
现在还没有项目,只有 Mars One 的一个自己用的项目。我们最好设定一个公司或项目在 2022 年之前有个初步可用的火星网络,这样这个公司可以在 2018 年左右成立(正好可以对应上我们的设定中的 星际通信公司)。然后由于多方面投资(各个登录火星的方面的需求),发展很快,在 2021 年在火星搭建起来初步可用的卫星网络。同样可以使用小卫星。
其实一开始就可以让 SpaceX 投资这个公司,因为毕竟 SpaceX 没有自己的卫星研发的经验,投资收购这样的公司可以加快自己的研发。或者投资这个公司可以用它的小卫星。
跟设定结合一下,就是:
2018 星际通信公司成立,致力于小卫星通信网络和激光通信系统。2019年被 SpaceX收购,作为创始人的 Aidan Kirtman 离开公司,创立了 Interplanetary Communications,终极目标是覆盖全太阳系行星际网络的搭建工作。
- 星际通信部分可以两家合作,建立起第一个火星地球网络。
之后的发展
之后有了网络,通信甚至互联网都可以了。中继问题解决了,然后就需要解决一些信息传播延时的问题。
延时的话, Mars One 有个设想是,在火星上使用缓存服务器,先把网站缓存在火星服务器上,火星上的人浏览的时候从缓存服务器获取网页。
这样说来,我们除了需要一个火星上的通信网络,还需要火星表面的通信网络设施建设,包括互联网。首先就是需要一堆服务器,由运营商提供缓存服务,很长一段时间内都是这样的,因为我觉得火星上很长一段时间内不会有很多服务器啊。后期就是由于火星服务器变多,互联网公司可以购买火星服务器,托管一份火星镜像,这样火星上的人浏览的时候直接走的是火星服务器,跟地球上浏览地球上的网站一样了。
突然意识到了上面提到的那种 Non-Keplerian 中继卫星的优势了:延时小。
从地球出发到火星,仅仅比地球火星之间的直线距离增加 2.3 光分的距离,而且是在任意时刻仅仅比直接从地球到火星直线传播的信号多花 2.3 分钟,非常快。
我在知乎看到这个问题,想到的。http://www.zhihu.com/question/28044133
我好像之前还对之前排名最高的那个答案给予了反对与评论区嘲讽....= = 造一圈中继站这种通信方式又浪费钱又不快。
啊第一段说的量子通信还是对的嘛。反正也是一种方法,虽然建造一圈并不真的需要建造那么多,估计三、四个就行了吧。
不过他那个图画得好奇怪,如果是那种相对位置,直接通信不就行了啊。
哦明白了,他在考虑信号衰减,不过这个并不是一个很大的问题?因为现在的火星探测就是直接通信的吧。
@ProtossProbe 第二种中继卫星的轨道的问题
这样设计轨道的好处是什么呢?虽然是在 L_1 L_2 上方,但是距离火星/地球太远了,太阳引力基本不变,但是来自火星/地球的引力减小了 24 倍/12 倍。感觉不太理解这样设计的意义呢,难道是这样稳定性更好?
续
我查了一下,似乎并不是 halo orbit。例如 Sun-Mars L1 halo orbit 是这样的(参考了这篇文章),
这样是可以理解的,因为整个运动过程中,卫星偏离 L1 点很少,也就是卫星的受力情况基本上是在平衡点附近。
不过在那个通信卫星的文章中,卫星距离火星差不多 0.1AU 还要多,这种情况下,如上面所述,火星/地球的引力很小了,不像可以围绕 L1 运动的情况。
我又看了一遍论文,确实不是晕轨道,想当然了,赶紧把知乎里多余的评论给删了....
可是到底为什么要这样设计轨道呢?并没有一个直观的思路呢。
warp usb drive. ..