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如果人类在火星上生活,那么火星基地之间的通信将如何进行?例如,如果人类在赤道和两极的基地上生活,实时通信是否可行?需要建立哪些基础设施?现有的基础设施将如何使用?我设想的是早期的定居者,并且希望采用非常“硬科幻”的方式来处理这个问题,而不是想象手机信号塔会神奇地出现。

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    你好 @blargtronic,欢迎来到。你读维基吗?不符合其预期的答案面临被删除的威胁。受访者需要通过数学和/或引文证明他们的答案是正确的。它不涉及硬科幻书籍类型。你确定你需要它而不是吗?
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5 个回答
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卫星广播。

我坐在赤道上。你和我坐在地球同一半球的北极某处。我想向你展示我酷炫的新石头,所以我给你打了高清视频电话。我的太空电话与它的收音机通话。它的收音机与我的数字中继器通话。我的中继器有一个碟形天线,它指向从东到西的弧线上的某个地方。我的中继器与我们当时留在轨道上的长期卫星通话,卫星用面向赤道的天线接收信号,并通过面向极点的天线重复信号,与你的中继器通话。

您的中继器通过其面向地平线的天线接收信号。您的中继器与您的太空电话的无线电通信。您的太空电话的无线电与您的太空电话通信,后者会显示我新收到的酷炫太空岩石的视频。

如果您在相反的半球(或从卫星上看在地平线以上,如果它足够近而看不到整个半球),我们可能至少需要一颗中继卫星,否则我们将无法发送我们酷炫岩石的实时高清视频,这对士气不利。

我们已经乘坐带有部件(如大型太阳能电池阵列和碟形天线)的太空飞船抵达这里,而这些部件并非为着陆而设计的。将它们留在永久轨道上几乎是免费的。

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    我正要点击“提交”时,您的帖子来了。五颗卫星覆盖了地球 100% 的表面。每极上空各一颗,还有三颗在赤道等距点上运行。既然我们拥有在火星上建立基地的技术,那么我们显然也拥有卫星技术。+1。
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    @JBH:实际上卫星数量超过五颗,因为卫星无法真正悬停在两极上空,但仍然只是相当少的卫星数量。
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    同样,这个答案涵盖了我在阅读问题后想要说的所有内容。在我们将任何人送上地面之前,如果不通过卫星进行通信覆盖,那将是不负责任的。
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    @AlexP 实际上,四颗卫星就能覆盖整个区域。可以将其想象成接近赤道的轨道,但略微倾斜,因此每颗卫星几乎有一半的时间覆盖北极,几乎有一半的时间覆盖南极。它以其发明者/发现者的名字命名,被称为 Draim 星座或 Draim 四面体。
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目前已有五颗轨道卫星。您可能会拥有一条与地球的激光链路,正如最近在上展示的云存储一样,随着需求的扩大,中继卫星的数量也会增加。中继卫星可以在地球上制造,而且成本低廉,因为它们不必降落在火星上,这是棘手的部分。

另一种方法是铺设电缆。火星的大部分表面都是空的,所以你可以直接在火星表面铺设电缆,利用中继放大器的太阳能发电。但这意味着需要数万公里的光纤。光纤的重量在 10 到 600 克/米之间,这在很大程度上取决于护套的强度,如果你的电缆在火星表面,需要从上面经过,那么你可能希望电缆的重量处于上限。如果我们按 100 克/米计算,那么绕赤道一圈的电缆将重达 1000 吨。从地球运送这些电缆的成本会很高,而且你需要大量的技术才能在火星上实现。光纤网络可能会在很久以后出现,那时你拥有的是城市而不是基地。

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    火星表面有大量(不纯的)二氧化硅;你可以运送一个质量比赤道单股纤维更轻的纤维“工厂”,经过数年的时间,就可以制造出你想要的所有纤维。
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    你可以这样做。你甚至可以直接用激光连接到火星。但是,使用当前火星中继系统将激光连接到卫星可以提供相当好的覆盖范围,尽管你可能不得不等待卫星到达地平线以上,但这已经足够好了。大约 81 颗 Starlink 卫星就可以从赤道到两极提供全面覆盖。
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    光纤的问题在于它容易受到。此外,光纤网络不仅仅是光纤。每隔约 150 公里就需要一个放大器。EDFA、泵浦激光器和光电二极管特别容易受到辐射损伤。不仅如此,它们还需要电力。在海底,你需要通过铜或铝施加高压来为放大器供电:这可能会占据你的质量和材料预算。
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在地球上,电离层通过反射无线电波并允许位于地平线以下的站点之间直接通信来促进无线电通信,正如马可尼于 1901 年在康沃尔和纽芬兰之间发送信号所证明的那样。

,因此可以现实地假设无线电通信也会受到同样的影响。

只要通信在正确的频率上进行,就有可能进行直接通信。

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    无论如何,长波不依赖电离层,应该可以用它们进行通信。但是长波的带宽不大,所以它可能是每个人的单一广播频道,嗯。
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    语音或低速率数据可以在相当窄的信道上发送;假设我们称之为长波,那么该频段有数十个单工语音或低速率数据信道的空间(您没有数十亿人口,其中只有极小一部分人可能想使用该频段)。如果您的所有无线电都是频率灵活的,那么在用户看来,他们可能拥有该频段。
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地球上的电离层反射传播确实有效,但不是可靠的光纤链路!仅提供一个视角。这取决于电离水平、无线电频率、电离水平和电离层的入射角。因此,某些频率在白天工作,而其他频率在晚上工作得更好。太阳黑子周期会影响电离,因此存在 10 年的好坏周期。将火星纳入讨论会带来相对于地球的一系列负面影响。火星上有一个电离层,而地球上只有少数几个。因此,利用那里的机会更少。火星的几何形状(约为地球的一半大小)意味着无线电波在其电离层上的入射角更高,并且对于给定频率反射的可能性更小。而且,到地平线的距离会影响以较低的掠射角击中的能力,而这通常是有帮助的。与地球相比,多跳路径的方面也是有害的。

所以,不要指望火星上电离层传播的可能性很大。在某些有限的情况下是可能的——是的。可能会机械化,也可能不会。

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    火星电离层的主要问题是,由于距离较远,太阳通量较低,而且火星没有像地球那样的强磁场来保护电离层免受太阳风的影响。尽管如此,高频传播
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地球上到处都有生命,还有活跃的天气系统。这​​意味着我们必须保护电缆,避免被人类、动物、地质或气象活动破坏。

火星有一点天气,但没有山洪暴发,也没有动物咬断电缆,而且也没有太多的人类活动,即使这里和那里有几个基地。


发射卫星的成本很高。

卫星需要基础设施,而光纤则不需要。由于信号传输方向不准确,卫星会消耗更多电力。

只需铺开光缆并将其埋在几厘米厚的沉积物下即可。这是一项廉价且经过充分测试的技术 – 而且电缆和所需的放大器具有足够的弹性,我们可以将它们放入地下数千米深的导电盐水中(放大器使用电力)。

这将比卫星无线电通信具有更高的容量和更低的延迟。通信基础设施将比无线电信号更具弹性和可靠性。

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    但要到达火星首先就需要绕火星运行;事实上,着陆的成本比将卫星送入轨道的成本更高。
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    延迟问题仍然存在。但容量问题可能不存在;除非你在火星上拥有制造所有必要部件的制造基地,否则将一小批卫星留在轨道上要比运输和降落建设光纤网络所需的基础设施更便宜。
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    @John 我并不是在争论这个;我的观点是卫星实际上是最便宜的实现这一目标的方式,与答案的说法相反
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    @John 没有磁层,光纤电缆就不那么可靠。,这是当今光纤放大器在太空应用方面面临的一个主要问题,也是为什么在世界其他地方都使用光纤陀螺仪之后,卫星仍在使用旋转陀螺仪的原因。
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    卫星基础设施随原始火箭一起被送往那里:你只需将其留在轨道上,就可以连接到其目标弧内的任何基地——设置几乎是即时的。必须沿着基地之间的整个路线铺设光纤(尽管你可以运行一个中央“枢纽”基地,其他基地则运行在“辐条”上),这需要更多的基础设施,而且需要更长的时间。光纤需要(大量)中继器,这会增加基础设施,但也需要电力。卫星不受火星地震的影响。出现故障的部件越多,弹性越差,可靠性越差。这个答案几乎完全是倒退的
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