为星际通信10最好的想法

建立一个卫星网络的想法,几乎整个3.7 billion-mile (6 billion-kilometer)太阳系的长度从水星和冥王星听起来有点令人难以置信。但是,早在1945年,当英国科学家和科幻小说家阿瑟·c·克拉克写杂志文章构思的全球通讯网络轨道卫星,这可能看起来很古怪。然而,今天,我们到处都有卫星,它可以打电话或发送短信或电子邮件几乎在地球上任何地方[来源:美国空军航空大学]。实际上,有远见的人都梦想着克拉克的全球通讯网络的星际版本之前第一个地球电信卫星被送入轨道。

早在1959年,太空科学家乔治·e·穆勒和约翰·e·坦纳在旧金山在电子大会上发表了演讲,题为“一个星际通信系统”,描述了如何在空间,建立远程数字传输通过无线电波[来源:18新利最新登入穆勒和坦纳]。四十年后,两位科学家,史蒂夫。Davidovich和乔尔·惠廷顿认为:草拟了一个精心设计的系统,在这三个卫星将在极地轨道上围绕太阳,和其他人在同步或极地轨道在不同的行星。

卫星将被连接到一个网络,可以拿起无线电信号从载人飞船或机器人探测器,然后上下继电器线从一个行星或另一个,直到他们到达地球[来源:Davidovich和惠廷顿]。虽然到目前为止,没有任何举动建立这样一个系统,可能是由于把多个成本卫星在轨道上在遥远的天体可能是巨大的。

正如我们在介绍中提到的,在空间数据传输目前处于利率大大低于宽带互联网我们习惯于在地球上。的原因——没有进入所有的数学,是因为相对频率的无线电波,他们限制多少数据可以处理。18新利最新登入(您可能已经注意到这个如果你有影响无线网络路由器在家里或办公室——它不是一样快或可靠的有线连接)。

相比之下,激光的能量集中,更短的频率,可以处理更多的数据。此外,由于激光不传播无线电传输,他们需要更少的电力传输数据(来源:Ruag.com)。这就是为什么NASA深空光通信项目工作,将切换到利用激光代替无线电发射器和接收器。这将被传输的数据量,最先进的无线电平台能做什么十倍甚至100倍,这将使星际互联网大致一样快一个典型的宽带连接地球上[来源:美国国家航空航天局]。但在空间激光通信工作不是轻而易举的事。NASA表现小规模,low-data-rate演示激光数据传输的空间,努力开发一个激光通信系统最终将被测试在月球轨道卫星[来源:美国国家航空航天局]。最终,激光数据传输可能可以发送高清视频直播来自火星[来源:克洛茨]。

以前,我们提到的想法建立一个巨大的专用通信网络卫星横跨太阳系,这将是一个艰巨的任务。但可能会有一个更小,成本更低、更增量的方式组建这样一个网络。这一次,当我们发送宇宙飞船和卫星进入太空,他们通常直接与地面通信电台和利用软件和设备,专门为特定的任务(通常是废弃之后)。

但是如果科学家和工程师每个工艺装备或对象——从发射升空空间站,探测器在火星轨道上运行的轨道望远镜或其他行星,甚至机器人探测器探索外星景观——以便他们都能相互沟通和作为节点的庞大的星际网络?如果你正在寻找一个隐喻在地球上,想象你的笔记本电脑,平板电脑,18新利最新登入智能手机、游戏控制台、摄像头和家庭娱乐中心都可以链接到您的无线网络路由器和共享内容。

除了传送信息,在理想的情况下,这样一个星际网络可18luck手机登录能连接到互联网在地球上,所以,科学家可以联系轨道卫星或探测器和查看他们所看到的,在相同的方式,可能会去美国宇航局的网站了。

“网络,NASA将很快建立很有可能的一个火星地质科学家计算出惊人的细节,海洋条件下木卫二的寒冷的冰,或动荡的金星的云层,”2005年的一篇文章在工程出版IEEE解释道。“很可能想家空间explorer发送电子邮件回家”[来源:杰克逊]。

我们已经提到过的想法连接航天器和跨空间探测器在一个巨大的网络,所以,科学家可以连接到他们的方式做一个网站在互联网上。但一些批评人士指出,这种方法可能不是最好的,因为互联网的基本设计不会在太空中工作得很好。地球上我们使用的互联网协议依赖于分手我们传输的一切——无论是我们讨论的文本、声音或流媒体视频——数据分成小块,然后重新在另一端这样别人可以看或听。这是一个很好的方法去做事情,只要所有信息沿着高速很少有延误或丢失数据包的数据,而不是地球上的,很难做。18luck手机登录

一旦进入太空,距离是巨大的,天体有时得到的方式,有很多电磁辐射的干扰信号的地方,延误和中断的数据流是不可避免的。这就是为什么一些科学家正努力开发一个互联网的修改版本,使用一种新的协议称为容错网络(DTN)。不像地球上使用的协议,DTN假设连续端到端连接将不存在,它挂在它不能立即发送数据包,直到重新建立连接。解释这是如何工作的,18新利最新登入美国国家航空航天局使用一个篮球,一个球员就耐心地抓住球,直到另一个球员是开放在篮子里,而不是惊慌失措,扔了一个野弹或扔球。2008年,NASA跑DTN的第一个测试,用它来传输数十名宇宙飞船的图片位于距离地球约2000万英里(3218.7万公里)[来源:美国国家航空航天局]。

在交流的一大挑战火星基地是火星。有时,基地可能背离地球,地球和时常——大约每隔780天,火星和地球的太阳直接。对齐,称为结合,可能会降低甚至阻止沟通好几个星期,这将是一个很孤独的,如果你是一个可怕的前景宇航员或火星殖民者。幸运的是,欧洲和英国研究人员可能已经发现了一个解决这个令人生畏的难题。

通常卫星轨道的行星开普勒轨道17世纪的天文学家约翰尼斯·开普勒命名的,谁写的数学方程描述卫星的举动。18新利最新登入但欧洲和英国的研究者提出将一对通信卫星在火星上一个叫做non-Keplerian轨道,这基本上意味着,而不是朝着一个圆形或椭圆路径在火星,他们会去的,所以,地球不会中心。为了保持在那个位置,然而,卫星会抵消重力的影响,这将把它们向火星。18新利最新登入让他们在的地方,科学家们提出了装配电离子推进引擎,由太阳能电力和使用微量的氙气作为推进剂。这将使卫星不断传递无线电信号,即使在时间当火星和地球一起[来源:Phys.org]。

星际交流,当然,不一定是我们的太阳系。因为天文学家发现第一颗行星围绕着一颗类似太阳的恒星在1995年,科学家们发现许多其他行星被称为太阳系外世界的[来源:美国国家航空航天局]。2012年10月,他们甚至发现一颗行星大约地球轨道的大小明星αCentrauri B,在最近的邻居的系统星星,大约2.35万亿英里(3.78万亿公里)外[来源:贝茨]。

这是一个异常庞大的距离,可以肯定的是。但即便如此,一些空间科学家设想有一天推出一个巨大的飞船,实质上是一个移动的,地球的独立的微型版本,能够维持一代又一代的宇航员将风险在星际空间,以达到其他适宜居住的行星,甚至可能接触外星文明。

伊卡洛斯项目,最近的工作空间科学家和未来学家提出一个蓝图这样一个任务,思考这样的问题一艘船将继续与地球,因为它得到了进一步的交流,进一步向未知的。18新利最新登入他们想出了一个有趣的解决方案:在这个过程中,这艘大船将定期抛弃空燃料罐配备信号中继设备,形成一个链,通过消息从飞船回到地球。“我们的想法是,在伊卡洛斯和地球之间的连锁继电器,信号的每个“跳”是更短的距离比整个几光年的距离,“帕特盔状突起物,英国工程师参与设计项目,在2012年写道。可能,“所以我们可以降低发射机功率要求,或伊卡洛斯的天线尺寸,或者,增加数据速率,可以发送链接”[来源:最低潮]。

科学家和未来学家在伊卡洛斯项目——投机试图设计一艘星际飞船能够到达最近的邻近的恒星系统,大约2.35万亿英里(3.78万亿公里)远,花了很多时间思考如何与地球这样的船可能会保持联系,因为它横穿星际空间的巨大。18新利最新登入在以前的项目在这个列表中,我们提到的概念bread-crumb-like小道星际飞船的通信链接会离开。但是回到地球,这些监控任务仍将面临的挑战试图从星际飞船和接信号过滤掉周围的电磁噪声的空间——一个任务更加困难通过地球的大气层,这将削弱信号。

最大化的能力这样做,”伊卡洛斯项目规划者提出建设几个太阳系的接收站,这将是巨大的阵列天线延伸对许多英里的地球上不同的地方。这样的数组将协同工作的天线发现和捕捉到微弱的信号包含星际飞船的消息。(觉得这个比喻:如果一个棒球选手击中了一个本垒打到看台上的棒球场,不过更有可能的是,球将会被粉丝如果看台上挤满了人。)因为地球自转,天线在一个特定的SSRS只会指着遥远的星际飞船的一小部分每一天,和地球上这个位置的天气可能会妨碍招待会。出于这个原因,最好建立多个天线阵列在地球上不同的位置,以确保我们可以保持不间断的通信[来源:最低潮]。

这里有另一个想法孵化的伊卡洛斯项目研究人员。根据爱因斯坦的相对论理论,极其巨大的物体的引力可以改变光的传递他们附近集中,手持放大镜。让智库伊卡洛斯项目使用效果的想法集中,提高从一个遥远的宇宙飞船。他们会这样做,诚然,有点艰难的non-physicist来理解:宇宙飞船能够接收通信传输将定位在星际空间飞船是相反的方向,约510亿英里(820亿公里)远离太阳。这是真的,真的远——大约18倍冥王星与太阳之间的距离,实际上,但假设地球文明能够派遣一艘星际飞船数万亿英里从地球上能做到这一点。通信工艺将使用太阳作为一个镜头放大的信号从遥远的星际飞船,然后会传送回地球尽管其他系统,如激光卫星组成的一个网络链接。

“这样做的潜在收益是巨大的,”工程师2012年帕特盔状突起物告诉探索新闻。“伊卡洛斯可以增加发射机功率降至低得多的水平而不影响可用的数据速率,或者如果功率保持不变,我们可以接收更多的数据比直接联系提供。”Ingenious as it might seem, however, the scheme also has some Jupiter-sized complications. It'd be necessary, for example, to keep the receiver spacecraft, the one getting the signals from the starship, pretty close to perfectly aligned at all times, and keeping it that way could prove very, very difficult [source:最低潮,Obousy等]。

从一个遥远的宇宙飞船到达地球的时候,他们变得退化,直到一个信号实际上可能包含价值不到一个光子的能量[来源:兰博]。这是真的,真的弱。记住,光子,微小的无质量粒子能量的最小单位,是极小;一个典型的手机发出价值10的24次方的光子每秒[来源:伊利诺伊大学]。挑出,令人难以置信的微弱信号的刺耳的空间和理解可能是一样困难,说,找到一个消息漂浮在一个瓶子在地球的海洋。但研究人员想出了一个有趣的解决方案,根据美国国家航空航天局空间技术的项目网站,承保的解决问题。

而不是发送一个信号或脉冲的能量,宇宙飞船试图沟通与地球的信号将发送许多副本,。当弱信号到达地球,任务控制使用一个设备称为结构化光接收机,或古接收机(是谁发明的科学家后,Saikat Guha(概念),来重组幸存的小弱的细枝末节,那些重复的信号,并把它们放在一起重建消息[来源:兰博,古哈]。这样想象:信息打印在一张纸上,然后打印一千份,所有通过碎纸机,然后运行它们混淆结果的小块。即使你把大部分的碎片扔进垃圾桶,保持的很可能会给你足够的信息来重建在纸上的消息。18luck手机登录

不管有多少令人难以置18新利最新登入信的复杂产品开发拼凑出微弱的努力达到我们从深空通信信号,我们仍然面临着另一个更具挑战性的问题。太阳系内部,是距离太大,容易,瞬时反复沟通的我们习惯了地球上——一个Skype风格的视频谈话,例如——并不是可行的,至少与目前的技术。如果我们去旅行太阳系外的行星,它将成为几乎不可能的。如果达到了离我们最近的星际飞船的邻居,半人马座阿尔法星恒星系统数万亿英里之外,需要4.2年每一个声音,视频或文本传输过自已大距离。这就是为什么有远见的长一直好奇的想法通过光束传输消息的亚原子粒子比光传播的速度快。

哇,这听起来像一个简单的方法,不是吗?但再猜。工作计划,我们似乎会吹一个巨大的洞爱因斯坦的狭义相对论禁止任何东西移动的速度比光速。另一方面,也许没有。2012年,两名数学家在英国科学杂志发表了一篇论文,声称有一种紧缩爱因斯坦的计算和显示,比光还快的速度的确是可能的[来源:18新利最新登入莫斯科维茨]。但如果那些反对者被证明是正确的,我们仍然需要找到一些证据表明粒子可以移动的速度比光速,到目前为止我们还没有。

有一个曝光的2011年的实验中,研究人员在CERN粒子加速器在欧洲可能达到称为中微子的粒子移动极其一点点速度比爱因斯坦的速度限制。但事实证明,一个故障光纤电缆在研究者的设备显然引起了错误的阅读(不是完全插入)[来源:博伊尔]。,压制宇宙neutrinophone的前景,至少目前。