天問一號飛出地球怎么控制？

這個問題看似簡單，傻呀，用無線電啊！

好，那我們就上無線電！

需要建個站吧？是的！要建個站！

要搞個像鍋的那種，對吧，因為距離遠啊，得聚焦定向發射啊，就像手電筒一樣。

那就來口鍋！

在哪里建呢？就在大西北建一個吧，那里地廣人稀、電磁背景噪音小！另外這鍋也不能對人，功率大啊，10KW。

口徑35米，位于新疆維吾爾自治區喀什市以南莎車縣境內，昆侖山北麓、帕米爾高原腳下,塔克拉瑪干沙漠西緣，使用國際標準S，X，Ka三頻段，2013年建成并投入使用。

建好了，問題來了，地球在自轉啊，1個點理論上對火星最多只能通信12小時啊（由于公轉和天線自身傾角限制會低于這個時長），這可不行，那就還得增加站點啊，對吧，最好的再搞2個，各自間隔120度排開。

那就再來一個！

第2個站點位于中國黑龍江省佳木斯市東南樺南縣境內，站點所處區域位于完達山支脈的低山丘陵地區，口徑66米，使用 S/X 雙頻段測控設備 (綜合考慮氣象等因素暫未考慮 Ka 頻段), 2013年建成并投入使用。

還差1個,不能在國內建了

其實這喀什站與佳木斯站已經挨的夠近了，兩者只相差約54度，第3個站點就不能在國內建了，不然整個的控制角度范圍就太小了。

在哪建呢，最后選擇了南美洲的阿根廷，要知道在海外建個測控站著實是不容易，難免會有些國家從中作梗，另外也被懷疑另有用途，總之是非常的不容易。

經過了各種審查和猜疑，好不容易談妥了，阿根廷議會在2015年2月以133票贊成對107票反對批準了該項目，項目用地簽署的是50年的合同，投資額為5000萬美元。中國交建的子公司中國港口工程公司負責工程建設，建設速度那叫一個快呀，把西方媒體給驚呆了。

該站點位于西經約76度，與喀什站相隔140度，角度不錯，阿根廷西部內烏肯省薩帕拉市以北約 80 km, 站址所處的區域,位于南美洲巴塔哥尼亞 (Patagonia) 高原的北緣，使用S/X/Ka 三頻段測控設備，包括一個13.5米口徑和35米口徑的鍋。于2017年10月啟用，并成功為嫦娥任務展開服務。

3口鍋到位，這算是差不多了，看看性能夠用不

總體上對探月工程支持給力，嫦娥2號、嫦娥3號和嫦娥4號任務中使用了S和X波段進行了測控，其中嫦娥2號任務中，最遠跟蹤距離達1億公里。嫦娥4號任務中與環月的“鵲橋” 中繼星通信良好。

但1億公里對于中國的深空探索顯然不夠用，火星探索最遠的通信距離大于4億公里，2036 年前后還要開展木星系及行星際穿越探測，這個距離就更遠了，地球到木星最近的距離也有5.88億公里，最遠可達9.68億公里，這個距離就是光也要走大約54分鐘。

距離一長，信號就會衰減的厲害，傳輸速率與穩定性都會大幅下降，具體來講，全向天線的信號傳播的強度與距離的平方成反比，如上圖所示，地球到火星的最大路徑損耗可以到達約80dB左右，這是個什么概念呢，也就是說目前10KW的功率到天問一號上信號強度要降低約10的8次方，也就是1億倍，變成了0.1毫瓦。

這還是用鍋的情況下，也就是使用了高增益定向天線，否則功率衰減的更加厲害，因此，要想更好的支持深空探索任務，探索火星甚至木星乃至系外行星必須還得想更多的好辦法！

看看能想什么辦法

先整個2個公式吧，看不懂沒關系，我們不計算，公式1表示接收功率（自由空間中微波信號的傳播），公式2表示發射或接收天線的增益。將公式2代入公式1就得到下面的公式。

Pr表示的是接收功率，我們肯定想讓它變得越大越好

想想看怎么讓它變大呢，當然是讓分子變大、分母變小對吧，好的！

那我們就得讓Pt（發射功率）、d天線1（發射天線口徑）、d天線2（接收天線口徑）變得越大越好，對不。

然后讓電磁波的λ（波長）變得越小越好，對不。

恭喜你！搞明白這個，讓你給天問系列行星探測計劃測控網升級，你大概也能和我一樣比劃一下了。那我們就按照公式上的參數往下搞，come on!。

把Pt（發射功率）變大

以X波段為準，2017年中國已經開始了50KW的試驗，為了支持火星和木星計劃，目前還將計劃升級到100KW的發射功率。順便說一下，美國的S波段已經上到了80KW。

把電磁波的λ（波長）變小，因為是平方關系，這效果也明顯

在S、X的基礎上，升級三個站點的Ka波段通信能力。這樣同等條件下，接收功率（雙向的）能夠比S、X波段提升25-100倍。

增大發射口徑，因為是平方關系，這效果也明顯

這個目前是采取了一種比造大鍋更好的辦法，就是把小鍋拼起來變成個大鍋，也叫構建天線組陣系統，中國正在喀什深空站建設 3 個 35 m 口徑新天 線, 與原有的 1 個 35 m 天線組成天線陣系統，能夠到達佳木斯深空站66米口徑的效果，計劃在在阿根廷深空站也這么干。未來通過廣域天線組陣還可以將中國國內可用的大口徑天線都利用起來, 能夠形成等效天線口徑 超過 150 m 的接收能力。

用激光，這個更狠

因為激光的強時間、空間相干性和準直性（好吧，就說可以是一根顏色很純，很細的光線），其在自由空間中的能量損耗其小，這樣探測器和地面的基站就不需要很大的鍋了，這對探測器減重和優化配置很重要，而且其頻率極高、波長極短、頻率偏移小，帶寬高、損耗小、抗失真，所以是未來星際通信的大勢所在。

美國在 2013 年 9 月發射的 “月球大氣與粉塵環境探測器” (LADEE), 對月地激光通信技術進行了演示驗證,這是有史以來最長距離的激光通信鏈路，實現了月地間下行 622 Mb/s 和上行 20 Mb/s 的通信速率。

我國空間激光通信雖然起步較晚，但在十一五、十二五期間已經布置了大量空間激光通信的研究內容，攻關了快速捕獲跟蹤技術、高靈敏度相干通信技術、大氣湍流抑制技術、自適應光學技術等關鍵技術。且已成功進行了多個在軌演示驗證項目，包括 LEO對地、 GEO對地的在軌驗證。有消息顯示，中國計劃在探月工程四期開展地月激光通信技術驗證試驗。

最后說一下，關于深空通信的這個延時，嗯！這個跟你家升級個寬帶可不一樣，這個沒招，這是我們這個世界的物理法則決定的，沒法改變！

這里我只是單純從星際通信（雙向的）角度講解了一下如何實現對深空探測器的控制和通信，當然這些個天線還可以使用超長基線干涉的辦法對深空探測器進行定位，甚至對天體進行研究，但由于這一塊屬于單向的（只接收信號）所以在這里就不討論了。

好了，講完了，各位爺！小手動起來支持一下吧！

參考文獻：

1、https://www.space.com/18383-how-far-away-is-jupiter.html

2、Solar system interplanetary communication networks: architectures, technologies and developments

3、https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/8971/89710S/Overview-and-results-of-the-Lunar-Laser-Communication-Demonstration/10.1117/12.2045508.short?SSO=1

4、高軌衛星激光中繼鏈路研究現狀及發展趨勢，激光與光電子學進展，2020.7

5、中國深空測控網現狀與展望，中國科學，2020，1

6、現代通信技術導論（第二版），北京郵電大學出版社

7、百度等。