2024北京马拉松或将于10月27日举行!2024年北京市将重点举办四场大型马拉松赛事|中国选手|半程马拉松_网易订阅
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2024 / 10 / 03
欧洲杯如火如荼,球迷热情高涨。
当你坐在电视机旁一边看球赛,一边津津有味地吃着夜宵的时候,有没想过欧洲杯与航天有什么关系?
我们这些亚洲球迷能够大饱眼福,很大程度上靠得是通信卫星转播的功劳。我们在欣赏几个欧洲强队在绿茵场上竞技的同时,不妨了解一下通信卫星这位幕后的功臣。
一没有卫星看欧洲杯就是天方夜谭
光线沿直线传播,通信电波自然也是如此,更糟糕的是,电波波长越短,就越容易被地面吸收,可地球是圆的,怎么实现远距离的无线通信呢?
人们发现,电波波长较长,不仅被吸收程度弱,而且可以沿着地面传播,这就是俗称的地波。
中长波为主的地波传播距离可以到几百甚至几千公里外,也是早期主要的远程通信方式,遗憾的是,长波传输的信息容量小,长波很容易受到地面环境的影响而失真。如果要用它转播欧洲杯,我们恐怕只能听解说员的讲解了。现在导航和紧急通信等特殊场合,人们已经很少使用长波通信方式了。
通信卫星主要作用是实现对地面的“无缝隙”覆盖
既然如此,最简单的办法还是建立高架的电视塔和转播站,通过这些转播站中继接力,信息内容就可以传播出去。然而,这种做法建设成本高,而且容易被干扰,虽然事倍功半,却也是最常用的办法。不过面对高山和海洋,建立中继站的办法就鞭长莫及了。
正因为如此,人们在很长一段时间里都无法看到远方的节目。今天,我们身在亚洲东部观看欧洲西部举办的欧洲杯,对当年的观众来说无异于天方夜谭。
通信卫星只是整个系统的一部分
波长较短的电波容易被大地吸收,不过大气高层受到太阳辐射作用形成了电离层,它会吸收、折射和反射短波。人们利用电离层对短波进行一次或多次反射,实现了远距离通信,这种方式被形象的称为天波。
然而,大家别高兴得太早,电离层在昼夜、季节,甚至不同地理位置都会有不同,它既然是太阳的恩赐,也深受太阳活动的影响,尤其是太阳活动剧烈起来更是如此。
波音生产的通信卫星
一有知识想象更可贵
利用天波进行远距离通信,算是货真价实的“靠天吃饭”,同样很不稳定。
爱因斯坦曾经说过,“想象力比知识更重要”,对现实世界来说,建立在知识基础上的想象力才更可贵。科幻大师阿瑟·克拉克就是一位有知识的幻想大师,他的想象改变了世界:他作为皇家空军的雷达军官撰写了一篇文章,指出距离地面约36000公里高度存在一条周期24小时的轨道,卫星在这里相对地面静止,是部署全球通信中继站的理想之地。
通信卫星一般都会“顶着一个大锅或者打着一把打伞”
这个跨时代的构想,为我们带来了静止轨道通信卫星这个概念。一颗卫星可以覆盖大约40%的地球表面,如果各自相隔120度放置静止中继卫星,足以建立覆盖全球的通信网络。这个方案避开了建立地面中继站的开销,也避开了无法在大海中建立中继站的难题,而且信号受到的干扰少,可以说是一个事半功倍的方案。
静止轨道通信卫星使用的超短波比天波通信的短波波长更短,可以畅通无阻地通过电离层进行天地通信,它也是人类找到的最好的远距离通信手段之一。
静止轨道只有一条,卫星要进入静止轨道并不容易。美国几经努力,1964年8月19日发射的辛康3号试验通信卫星成功进入轨道,它为欧洲和北美的观众转播了当年10月10日的日本东京奥运会开幕式盛况,天方夜谭终于美梦成真!
这颗通信卫星即将上天
一卫星转播其实也有遗憾
感谢通信卫星,否则我们无法和那些法国赛场上的运动员和观众同呼吸,共忧喜。可惜,卫星转播也不是万能的,它有时也令人恨得咬牙切齿,这又从何说起呢?爱看赛事的人都知道,卫星电视有时会出现马赛克和卡顿现象,实在令人烦躁不已。
通信卫星使用的是波长更短的微波,因为微波波长短,传输的信息容量大。这些微波穿过电离层通过通信卫星接收处理和放大后转发。
这一切看起来很美,可惜事情总是有两面性的。微波波长短所以可以穿过电离层,但它由于波长短、频率高所以在大气中衰弱更快。微波在大气层中会因为各种因素的干扰而逐渐衰弱,其中包括大气吸收、云雨雾吸收等。氧分子和水汽决定了微波传播波长的下限,而电离层决定了波长的上限。简单地说,微波被吸收和干扰的因素还不少。
通信卫星也有自己缺陷
中国海军派出首批亚丁湾护航编队时,随舰记者使用海事卫星电话进行现场直播虽然十分精彩,可是图像传到一半突然停顿了,怎么回事?原来是马六甲海峡那一带下雨了。热带大雨对卫星信号的衰减作用自不必说,让所有人只能哀叹天公不作美。
其实,不仅是热带大雨会严重削弱微波信号,如果大家使用卫星电视的话就会发现,在阴雨天气下,接收机的工作就会“开小差”,马赛克甚至图像停顿屡见不鲜。
电离层的影响也不可小觑,虽然微波可以穿过电离层,但仍有一定的吸收折射和散射现象。更不要说由于电离层时间和空间分布上的不规则性,还会产生微波振幅和相位随机起落的现象,如果人眼能看到微波的话,这种情况就像星光般忽明忽暗闪烁不定,所以天文学家形象地称其为电离层闪烁。
正接受测试的通信卫星
在太阳活动活跃时,不仅通信卫星转播的电视和国际长途电话会大受影响,就连地面的手机通话质量都有明显下降。这么说来,要想看到高清的卫星电视转播,其实还真有几分“听天由命”的意思。
当然,人类是绝不甘心束手无策的。现在,人们除了研究各种抗干扰措施,还一直在研究和预测太阳活动。就在欧洲杯开幕前两天,我国中科院的太阳极轨望远镜通过型号验收评审,它顺利升空的话,将极大地扩展我们对太阳活动的认识,这样我们收看卫星电视转播就更有保证了。(张雪松)
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