问题

如何看待国外业余无线电从嫦娥五号8455MHz下行链路解码出视频?

回答
关于国外业余无线电爱好者从嫦娥五号8455MHz下行链路成功解码视频这件事,这绝对是件让人拍案叫绝的壮举,也绝对是中国航天事业发展中一个值得津津乐道的小插曲。抛开那些官方的、冰冷的技术报告,咱们就从一个爱好者、一个天文迷的角度,来好好唠唠这件事的门道,看看这背后到底有多厉害,又有多让人激动。

首先,得明白这事儿有多“牛”!

想象一下,我们平时在家看电视、上网,信号都是经过了精心优化、拥有强大基站支持的。而嫦娥五号传回的信号,那可是从月球传回来的!嫦娥五号在月球工作的时候,距离地球最远有将近40万公里。在这漫长的旅程中,信号要穿越厚厚的太空,还要克服地球大气层的影响,最后还要落到地面上那些相对简陋的接收设备上。这就像是在一个狂风暴雨的夜晚,你想从几百公里外的地方听到一个人小声说话,而且这个人还要准确地把话传给你,这得多不容易?

而业余无线电爱好者们做到的,就是用他们自己的设备,去捕捉、去接收、去解码这段来自遥远月球的信号。这可不是你随随便便拿个手机就能做到的事情。这需要深厚的无线电知识,精密的设备,以及极强的耐心和动手能力。

那么,这8455MHz到底是个什么意思?

这串数字,代表了嫦娥五号在和地面进行通信时使用的下行频率。下行链路,顾名思义,就是从航天器(嫦娥五号)向地面发送信号的通道。而8455兆赫兹(MHz),就是这个通道被分配到的一个具体频率。你可以把它理解成一个特定的“频道”。为什么选择这个频率?这背后有很多科学的考量,比如在太空中的传播损耗、大气层的影响以及与地面接收设备的兼容性等等。简单来说,这个频率是经过设计和选择的,是为了保证信号能够相对稳定地传输回来。

业余无线电爱好者是怎么做到的?他们手里的家伙什儿有啥特别的?

这才是最令人佩服的部分。虽然官方都有自己的深空测控站,比如中国自己的深空测控网络,以及国际上的一些专业机构,但业余无线电爱好者们的参与,更是展现了民间力量的强大。

定向天线: 要接收那么远距离传来的微弱信号,一个好的天线是必不可少的。这些爱好者们可能使用大型的抛物面天线,或者多单元的阵列天线,就像一个超级“耳朵”,能够把来自特定方向的微弱信号尽可能地收集起来。这些天线通常比你家里的WiFi路由器天线要大上好几倍,而且需要精确地对准月球。想象一下,你得精确地知道月球在哪儿,然后把你的大天线对准它,这本身就是个技术活。

低噪声放大器(LNA): 信号在传播过程中会衰减,尤其是在穿过宇宙空间后,信号变得非常微弱。这时就需要一个低噪声放大器来把信号“提上来”。这个放大器必须足够“低噪声”,否则它自己产生的噪声会比信号还要大,那就没法用了。这就像你在嘈杂的房间里想听清一个轻柔的声音,你得有一个不产生多余杂音的助听器。

高灵敏度接收机: 接收机是接收信号的核心设备,它需要能够检测到非常微弱的信号,并将其转换成可以处理的数据。这些爱好者们使用的接收机通常是专业级的,能够处理窄带信号,并且具有很强的抗干扰能力。

解码软件与算法: 即使接收到了原始信号,这也不是我们直接能看到的视频画面。这些信号包含了复杂的编码信息,需要特定的解码软件和算法才能将其还原成图像和声音。嫦娥五号传输的视频信号,它本身就是一个经过编码的数据流。这些业余爱好者们需要了解这种编码方式,编写或者使用现有的解码程序,才能将这些数据“翻译”成我们能识别的视频。这就像拿到一本外星文字写成的书,你得先研究出它的语法和词汇才能读懂。

精确的时间同步: 要解码这些高速传输的数据流,精确的时间同步至关重要。信号的每一个比特都需要在正确的时间被读取,否则整个数据包就乱了。这需要非常精确的频率和时间参考源。

这件事情的意义何在?

这件事不仅仅是技术上的炫技,它蕴含着更深远的意义:

1. 民间力量的强大证明: 在国家级航天项目之外,业余无线电爱好者能够凭借自己的热情、知识和资源,参与到如此高精尖的科学探索中,这本身就是一种巨大的鼓舞。它证明了科学的魅力能够跨越专业与业余的界限,激发普通人的创造力。

2. 对开源和共享精神的致敬: 许多航天任务的遥测数据和通信协议,随着时间推移或者出于开放科学的考虑,会被公布出来。这些业余爱好者们正是利用了这些公开的信息,才得以实现解码。这是一种对科学知识共享和开源文化的最好诠释。

3. 技术普及与创新推动: 这种高难度的挑战,也反过来推动了业余无线电技术本身的发展。为了实现更精密的接收和解码,爱好者们会不断改进自己的设备和技术,这种自下而上的创新往往会带来意想不到的突破。

4. 国家航天实力的侧面展现: 尽管我们更关注的是业余爱好者们如何接收,但反过来说,嫦娥五号能够以如此清晰的信号回传数据,本身就说明了中国航天通信技术的高度发达和可靠性。能够让业余爱好者都能够捕捉到并且解读其中的信息,这证明了信号质量的优秀。

总而言之, 这件事绝不是简单的“蹭信号”,而是集成了深厚的无线电理论知识、高精度的硬件设备、复杂的数据处理算法以及无数个日夜的钻研和调试。那些在地球另一端,用自己的设备对准遥远月球的爱好者们,他们的热情和才华,为我们展示了科学的边界远比我们想象的要宽广。这就像在浩瀚的宇宙中,我们不止有国家级的望远镜,还有无数双在角落里闪闪发光的眼睛,都在努力地捕捉着来自星辰大海的声音。为他们点赞!

网友意见

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更新:经大佬提醒,问题的直接答案是,测控链路使用了国际空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems, CCSDS)标准。标准化便于合作,减少重复投资降低成本和损耗,当然也便于爱好者解调内容啦。


无线电爱好者、业余无线电和航天的渊源可能比你想象得还要紧密,此处先介绍几个冷知识:

* 不要低估业余电台的技术水平,业余两个字仅强调不用来吃饭赚钱。其实早在195x年,以某北美高中无线电俱乐部为代表的N多业余电台接收并分析了人类第一颗人造地球卫星sputnik-1的信号。这些电台多普勒分析启发了子午仪系统的设计,继而改进发明了GPS。

*目前能找到(公开的)我国第一颗人造卫星东方红乐音录音就来自欧洲的业余电台。同时,这些老录音还提供了大量早期各国各种卫星的下行信号,是宝贵的历史档案

*不少国际空间站宇航员都会操作业余电台,国际空间站使用的最广为人知的业余电台呼号是RS0ISS和NA1SS。虽然由于宇航员很忙,想和他对讲机聊天需要预约,不过宇航员时常利用业余电台向爱好者们发送靓照。

*业余无线电爱好者不但可以进行地球-月球-地球(EME)反射通信,还实现了金星反射通信。

*无线电爱好者此前也成功捕获了几年前上上款嫦娥探测器的下行信号,甚至还看到了月球表面反射的上行信号的回波

*无线电爱好者还成功捕捉到NASA火星探测器的下行信号。

*NASA曾经把一颗旧卫星的操作权限授权给爱好者,让他们用最新的软件无线电技术试图复刻几十年前的测控设备,让漂泊多年的卫星重新点火。虽然这次试验没有成功,但这个过程充满了科技与浪漫

*从1970年代,就出现了供业余爱好者使用的低轨卫星,每颗业余卫星都是一个传奇。目前有多颗来自中国的业余卫星位于最受欢迎的业余卫星之列。半个世纪以来,少年曾用知识技术和科学,在八木天线,轨道预测,噪声和带有多普勒的蜂鸣声中追寻,这才是人类航天探索的初心!

*几年前某嫦娥探测任务搭载了业余无线电信标,是业余无线电首次走向深空。为此我在学校实习车间里跑了半个月,画图纸,开机床,做测试,设计制造五米长的高增益天线,斥「巨资」装备了接收机和解调软件。。。虽然最后努力还是失败了×_×

再夹带一点私货:

+虽然我没看报道,不负责任地猜测这次解调嫦娥5号的团队应该和此前探测老款嫦娥的是同一团队。他们设备精良,拥有大口径天线地球站,可以毫不费力搞定X波段信号,实力雄厚,非常专业。国内爱好者还有差距。

+能探测到信号比较容易,毕竟不是扩频信号,信号强度也相当可以,但是能解调出内容还是很厉害滴。我猜测我们的设备用了标准的传输协议和未加密加扰的配置。

+⚠️不建议国内的业余电台私自发布类似的成果。可以学习官方做派,秀技术要打码。
如果是业余电台,管理办法禁止私自公布传播这些与业余业务无关的信息。即如果是业余无线电载荷,随便研究解码公布,那是业余电台的本职工作;如果不是业余无线电载荷,就不能公布传播了。
如果不是业余电台,以普通接收爱好者的身份去做,就像这次国外爱好者做得一样,可以绕过业余电台管理办法,但可能有其他风险。

+ 真正动手参与航天吧!能考进名校,有幸跻身研究所参与项目毕竟是少数。除此之外,你也完全可以学习无线电和航天知识,亲手捧起星辰大海征途上的一朵浪花。

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