主题：天问要问天 -- 心有戚戚

一晃，祝融已经登陆火星好几天了，大家心心念念的火表照片却姗姗来迟。和地球上拍照上传不同，火星上祝融要传回一张照片可不简单。由于地火距离遥远，无线电信号路径损耗巨大。祝融上有一个X频段定向天线（就是那口小锅），和一个特高频（UHF）全向天线。特高频使用分米波，频段在300-3000兆赫（MHz），包含广播电视（470MHz～770MHz）和无线网络WIFI（2.4GHz）。在移动通信网络中，载波频率越高，其传播损耗越高，所以WIFI的有效通讯距离比广播电视短。正因如此，祝融使用的特高频UHF频段会更接近于广播电视而不是WIFI，反正火星上也没有广播电视信号的干扰。即使这样，全向天线也就最多几百公里直线传输距离（这就是为啥电视塔越高越好），地球上要看祝融火星电视直播是指望不上了。而X频段使用厘米波段，频段在8-12 吉赫（GHz），属于超高频。照理说，其传播损耗比特高频UHF更高，但是祝融的X频段采用抛物面天线，其天线增益与载波波长的平方成反比（也就是频率越高，增益越大）。由于定向天线增益的抬升远超传播损耗的增加，同等功率下X频段传播的距离更大。

当然，信号接收方也必须使用抛物面天线，而且是越大越好，因为天线增益与天线面积成正比。比如我国佳木斯的66米直径的抛物面天线专为深空探测建造，差不多是极限了。

即使这样，由于祝融距离太远和信息传送功率受限， X频段直接对地通信数传速率极低，仅为16bps，即每秒2个字节。在祝融成功落火后，首次和地球的可见弧段仅约20分钟（地球快落山了，当然太阳还没下山）。在如此短的时间里，祝融只能传输10帧数据，而地面根据这些信息在第一时间判断其生存和工作状态。计算机无线通讯里最小的帧值是64字节，而最大的帧值是1518字节。祝融直传地球一帧最多用时2分钟，这样每帧的大小为240个字节不到。一般情况下，前面几帧数据都是用于同步、校验等工作，并不是有效数据。但落火的10帧数据太宝贵了，中电科十所研发团队创造性地提出了“数据慢帧优化处理机制”，能做到信息首帧即完成同步/校验及有效数据解调输出上报。这样就实现了落火阶段极低码率数传信号的接收，1比特不浪费地为飞行控制中心提供了全部可获得的祝融落火工况信息。如此，我们才能在新闻里听到根据遥测信息，祝融成功落火，导轨放下、太阳能电池板展开、解锁机构开启等等操作顺利完成了。下面就是根据遥测信息所指示的祝融状态图。

祝融可以用X频段定向天线每天向地球汇报一下身体状况和火星天气等，但是要用它来传图片就勉为其难了。要传图片就必须通过运行在火星极轨（86.9度倾角）的天问一号轨道器中继。5月15日7时许，祝融落火，此后天问一号在265×65000km的停泊轨道上又飞了1圈，用时两个火星日（约49小时）。到5月17日8时许，天问一号在靠近祝融号的近火点，制动进入265×15000km的中继通信轨道，周期为1/3个火星日。所以首次可以进行几百公里近距通讯的时间是5月18日9时许。这种通讯是双向的，祝融号可以接受地球给它发送的指令。同时祝融应该已向天问一号发送了所拍摄的一些照片，但要等天问一号把比较多的照片收完后找一个合适的时间，将这些照片打包一次性传往地球。

近距通讯一次可以传送20Mbit，转化为字节只有2.5MB，压缩的图片最多传几张。所以天问一号需要在远火点附近通过X频段接收祝融发送的信息作补充。那时候天问一号速度最慢，祝融的X频段定向天线只须指向天问一号的轨道远火点，就可以有大致25分钟的通信时间。而且，祝融上X频段的定向天线似乎是单向的，即只能发送不能接收。所有的50Mbit信息都是上传的，转化为字节有6个多MB。 由于受太阳能供电约束（这点上，核电池有优势），祝融必须在阳光较强、电量较充足的时候才能用X频段定向天线较长时间发送信息。这样，每隔3个火星日，祝融和天问一号才能进行一次器间X频段通信。在三个火星日的周期里，祝融共可向天问一号发送约100多Mbit，差不多15MB的信息。假设首次远距X频段通信不须等到首次近距特高频UHF通信后的第三天、而是第二天甚至第一天就可进行，并且在远距X频段通信后不久天问一号就向地球发送，那么我们最早在5月20日左右，可以看到最多约十张（10MB）的照片。当然，真正的时间可能更长，酒陈更醇吗。