火星上越来越“热闹”，如何避免发生通讯干扰问题

NASA的恒心火星漫游者使用Ingenuity直升机进行了自拍照，在此处看到该漫游者离漫游者约13英尺（3.9米）。这张图片是2021年4月6日，任务执行的第46个火星日，即流动站的机械臂上的WASTON相机拍摄的。

现在的火星，比以往任何时候都更加拥挤。美国航空航天局的三个轨道卫星，火星探测器、行星着陆器。行星上方的其他轨道器由欧洲航天局、罗斯科莫斯、印度空间研究组织等运营，在中国国家航天局第一个月球车。无线电频谱似乎从未供不应求，但面临着一些与地球周围的卫星相同的干扰问题。

彼得•伊洛特（Peter Ilott）是喷气推进实验室2020年火星任务的首席电信系统工程师。在商用航天器行业工作了十多年之后，他于2000年加入JPL。在随后的二十年中，他参与了NASA和JPL进行的每一次火星飞行任务。Ilott最近花了一些时间与IEEE Spectrum讨论行星际通信的工作原理，当火星变得更加拥挤时会发生什么，以及NASA如何应对这种拥挤的后果。

火星距离数百万公里。您如何确保像“恒心”这样的漫游车在该距离上与地球保持联系？

它与我们在火星科学实验室[好奇号]上进行的过程基本相同，并且与我们在火星探索漫游者任务进行的方式非常相似。当我们推出MER时，我们将X波段系统作为与地球的主要通信系统。我们使用了UHF（超高频），但这目前还只是一个实验。

“火星全球测量师”和欧洲航天局的“火星快车”，它们的中继数据功能要低得多。但是X波段系统是与地球通信的主要系统。UHF只是一种实验，在完成了UHF的前几对测试之后不久，如果使用Odyssey获得80兆位，我们会很兴奋。有了毅力号火星探测器，我们通常会获得比单次通过多10倍的回报。而且由于我们一天有四到五次通信，因此我们经常会在一个Sol中遍历千兆位数据。

它如何与地球保持联系？

早晨，漫游车在火星上醒来，它将使用高增益天线在X波段（7到11.2吉赫兹）上侦听地面的上行链路。高增益指向地球，我们发送当天的序列。顺序通常是一些数据管理，然后是一天中的一些活动。

发送这些命令时，有时会从流动站获得对地通信，有时会在X波段上获得遥测信号。我们还得到了所谓的哔哔声-每天有三声哔哔声。一种是节省的提示音。如果我们听到这个声音，那表示有问题了。我们从未在毅力号上听到过。第二声哔哔声是告诉我们的正常蜂鸣声，表示“您刚刚发送给我的序列是可以的，而且我今天正在使用新的主序列运行。” 如果我们得到了那个，那我们就知道一天剩下的时间一切都会好起来的。第三声蜂鸣声是跳动蜂鸣声。如果我们看到那个，那意味着今天的序列由于某种原因而没有进入。

到第二天为止与流动站的其余通信为UHF（300兆赫至3 GHz）。我们与中继轨道飞行器获得了一堆下午的通行证。其中将包括需要降低的当天的优先级数据，以便可以进行第二天的计划。一夜之间，流动站处于睡眠状态，而轨道飞行器则越过头顶，流动站周期性地醒来，与轨道飞行器进行通话。

沟通和期望会随着时间变化吗？

关于好奇心的Electra-lite无线电，火星侦察轨道飞行器，MAVEN轨道飞行器以及[ESA / Roscosmos'] ExoMars微量气体轨道飞行器的速率可能更高，最高可达每秒2兆比特。我们已经开发了自适应数据速率，可以根据信号强度调整数据速率。如果您能以2 Mbps的速度获得2分钟的数据，那将比以128 Kbps的10分钟获得更多的数据要难得多。

有了毅力号，我们仍然将奥德赛用作中继轨道器之一，因此我们必须选择128或256 Kbps作为我们的最大速率。但是，借助MRO，TGO和MAVEN，我们可以实现更高的利率。例如，使用TGO，我们每次通过通常会获得千兆位以上的数据。

现在，火星上或周围有多个活跃的漫游者、着陆器和轨道器，看来NASA已经开发了类似火星的网络。越来越多的地球上或绕地球运转的机器如何影响它们彼此之间或与地球的通信方式？

火星中继网络组成了火星中继网络，目前有五架航天器围绕着红色星球运行，以将命令从地球传输到地面任务，并从中接收科学数据。

火星中继网络组成了火星中继网络，目前有五架航天器围绕着红色星球运行，以将命令从地球传输到地面任务，并从中接收科学数据。从左上角按顺时针方向：美国宇航局的火星侦察轨道器（MRO），火星大气和易挥发卫星（MAVEN），火星奥德赛，以及欧洲航天局（ESA）的火星快车和微量气体轨道器（TGO）。

我们实际上称它为火星中继网络。有很多事情要考虑。一种是船上存储空间。每个轨道器都有固定的存储空间。当它通过流动站进行中继传递时，一个重要的参数将是轨道飞行器多久才能将该数据发送到地球？以及它多久才能清理自己的固态驱动器？所有的轨道器都是如此。

应该如何协调呢？

其中一些仍然是手动完成的，但是我们也有称为MaROS的工具。流动站查看可能访问的不同通行证，并确定要使用的通行证。然后，它使用MaROS向轨道器发出请求。

随着我们增加着陆器和轨道器的数量，它变得越来越复杂。在某一时刻，我们有了精神与机遇，还有凤凰城着陆器。现在，我们有两辆流动车和另一辆着陆器。区别在于我们有两个额外的轨道器。而且，无论是从着陆器进行中继还是在机载能力方面，我们都拥有更多的能力。

随着在火星上越来越多的探索任务，是否会发生类似于地球上的通讯干扰？

实际上，我们已经看到了来自我们自己的轨道器的干扰。我们已经看到来自MAVEN轨道器和Mars Express轨道器的高次谐波进入了我们的频带。我提到过要在早上寻找蜂鸣声，并寻找下行链路。我们突然发现，这种音调出现在频谱的左侧，只是行进中的一种，因为轨道器的多普勒补偿与流动站的不同。当我们试图观察低增益天线发出的哔哔声时，它的强度足以提出潜在的问题。

幸运的是，我们可以说这不是我们的哔哔声，因为首先它会移动。但是我们已经看到它行进到频谱中心，甚至就在频谱中心旁边。要了解和解释这一点，需要一点基础的电信知识。从这个意义上讲，这还不是问题，但将来可能会成为问题。

未来的任务如何确保不断增加的干扰不会导致流动站失去联系，或更糟糕的是不会导致任务失败？

现在最大的问题是UHF。手机、蓝牙耳机会干扰UHF，但X频段还没有真正起步。未来，我们将受到来自航天器上硬件的定期干扰。

事实证明，其中很大一部分来自航空电子设备本身，流动站本身本身还没有被足够密封。UHF是优先事项，因为如果您无法沟通，则什么事都做不了。

还有无源互调，这在商业方面经常出现，因为存在着这些非常大的天线，它们产生的功率为千瓦。您会得到两个相互干扰的通道，它们会产生一个被动的互调音调，该音调会落入另一个通道。这是极其困难的。

这些探索还不是我们必须解决的问题， 实际上，已经有一些商业任务，被动互调器刚刚破坏了任务。它造成了严重破坏，这不是一个小问题。