月球真的要通网了吗

作者: 顾乐瑶 李雅兰 马思洋

近日,国家航天局宣布,按计划,我国在2026年将发射嫦娥七号,2028年前后将发射嫦娥八号。国家航天局探月与航天工程中心主任关锋指出,嫦娥八号要考虑通信的能力,在月球上肯定会有无线网、能源。这一说法引起众多网友好奇。

那么,以后月球上也能看直播了吗?地月之间能像在地球上一样进行通信吗?

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探月工程四期鹊桥二号中继星发射现场 摄影/张高翔 来源/国家航天局

未来月球上能够使用手机上网吗

在月球上使用手机上网是未来的发展目标。但目前的技术手段都是基于地面网络的条件而设计的,而地面网络几乎不考虑时延的问题。所以,这些技术在应用时需要进行适应性改造。

随着人类深空探索的不断发展和月球基地计划的日益成熟,月球表面的通信和导航技术变得至关重要。月球基地作为未来空间探索和资源开发的重要支点,其成功运营依赖于可靠、高效的通信和导航系统。通信系统维系着地球与基地的联系,通过实时传输数据和信息,为人类长期在月球上开展可持续探索和研究提供了重要保障。

目前,地月之间已经有中继通信、射频通信等通信方式,增强了地月通信信号传输的稳定性。无人探月实现之后,我国开始瞄准载人探月。随着探测任务的增加,对于通信的需求也越发增多,这就要求有更加高效的通信手段。

月面的覆盖和月面的通信解决的是月面的接入问题,称为“接入网”。地球与月球之间的通信手段解决的是地月之间的通信问题,称为“骨干网”。骨干网和接入网这两部分是相辅相成的。

月球无线网有何特殊之处

月球环境与地球环境差异巨大,如昼夜温差大、陨石撞击、强烈辐射等,这为无线网的建设带来了巨大挑战。

月球无线网的特殊之处主要体现在两个方面:一方面,由于月球没有大气层的保护,月夜、月昼温度变化剧烈,通信设备在此环境下想要保障其通信功能,必须进行设备防护;另一方面,宇宙环境的辐射对电子设备的可靠性、使用生命周期都会有一定影响,所以也要进行适应性改造。

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月球无线网的技术得到验证后,将来可向火星去推广 供图/视觉中国

从已公开的情况来看,人类可能会瞄准未来,到2040年将会建设地月通导遥综合网络。这个网络包含地面基础的网络、月面的网络以及月球侧的绕月网络。目前规划有16颗卫星去分步实现计划,例如2024年3月发射的鹊桥二号就是用来支撑嫦娥六号的。

同时,在月面的基地附近,我国会建设一系列类似地面基站的基础设施。目前我国正在探索“原位制造”的方式,即利用月球表面的资源去制造。但原位制造目前还处于研究阶段,现在更主要的方式还是用火箭把基础的东西搬运到月球表面。

月球无线网的信号延迟和干扰问题是物理上的,无法改变,但信号干扰是需要国际协调去解决的大问题。例如,美国开启了阿尔忒弥斯计划,想要重返月球。同时,中国也有自己的探月计划。在这种情况下,就会出现频率使用的问题。如果大家的频率没有协调好,相互之间就会形成干扰。目前,国际组织ITU(国际电信联盟)已经开始启动相关工作,以使频率协调一致。

月球无线网对航天员和科研人员有什么影响

对于航天员来说,无线网在很多方面发挥着作用。以前不久我国发布的未来载人探月的登月服为例,无线网的使用为航天员提供了便捷性。登月航天服名为“服”,却并非一套衣服,本质上是特殊的“小型载人航天器”。从任务使命来看,登月航天服与空间站出舱任务使用的舱外航天服比较类似,都是为了保障航天员脱离密封加压航天器后安全活动,尽量提升工作效率。因此,一套无线的通信设备,将是航天员将来在月面探测的基础保障手段。

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航天员 供图/视觉中国

对于地面的科研人员来说,无线网也能够为控制中心实时观测航天员的生命体征提供保证。

我国的探月计划,包括各类深空探测的计划,一直秉持着开放的态度。在2024年9月5日召开的第二届深空探测(天都)国际会议上,中国与多个国家及国际机构签署了国际月球科研站相关合作文件,由我国发起倡议的国际月球科研站迎来全球合作新伙伴。截至目前,已有17个国家(国际组织)与我国有关方面签署了国际合作文件。

中国基础设施的建设,一方面会采用共建的设施,如使用现在“嫦娥”系列卫星的同时,也带着别国的一些载荷,通过国际合作,更快提升航天科技水平;另一方面,以我国为主建设起来的基础设施,一定会面向一些友好的国家,提供基础的能力,以助其完成未来的月球探索任务。

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月球与地球 供图/视觉中国

如何保证地月之间信息传输的安全性

目前,地面网络一直面临着网络安全的问题。到了深空探测、月球探测,安全成了更大的问题,这涉及航天器的安全、航天员的生命安全等方面。比如说受到黑客攻击,地面发上去的指令中断了,或者没有及时送到航天员那儿,都会对航天员的生命保障产生影响。在安全技术方面,现在是把地面的一些安全技术往上迁移。另外,中国也会针对月球的特殊场景,提出新的解决方案。

在月球和在其他星球建设无线网的区别只在于距离上,在月球建设无线网的思路经过验证后,就可以向外推广。比如说美国现在做的阿尔忒弥斯计划,所有关键技术的验证,其目的不光是在月球用,更是为了人类走向火星以及更远的深空做准备。中国现在的思路大致也是这样,很多关键技术在月球验证过后,将来就可以向火星、向深空去推广。

(以上内容基于对南京大学电子科学与工程学院赵康僆教授采访后整理所得)

(责任编辑:汪金宁)