休斯顿，我们的网络有问题

本文最早刊登于《网络世界》，作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

我们已经讨论了我们地球家园上的网络。但是当我们向从未有人到过的星球发送信号时，又会发生什么呢？

太空网络是地球上的基站与无人太空探测器、行星探测车、轨道卫星或载人航天飞船之间的双向通信。这些无线电信号传回消息、图像和科学发现。有朝一日它们会用于地球聚居地与月球或火星之间的通信。

当然，这不只是“打电话”到火星这么简单。外太空网络与我们在地球上的体验大不相同。

通信以光速传播。这意味着无线电信号可能需要 20 分钟或更长的时间才能到达火星探测车。这就如同回到拨号式联网。

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除了极其缓慢的通信之外，太空网络还面临可靠性的挑战。如果太空探测器在冥王星附近发生故障，科学家无法准确地命令其返回实验室。或是当火星探测车在火星表面停止不动时，也无法打开后备箱并取出备用件。

太空通信系统中的所有组件必须能够承受高辐射水平、剧烈温度波动，并具有长使用寿命。Space.com 的报告称：“即使是在最短的地球-火星往返行程中，宇航员接收到的辐射剂量也将近有 66 雷姆。这个量相当于每五六天接受一次全身 CT 扫描。”

温度也会影响可靠性。在地球大气层外，阳光照射下的物体温度可达 248 华氏度，而阴影下的物体温度可达零下 148 华氏度。根据 NASA 数据，火星上的温度变化范围在 -284 至 86 华氏度之间。

对于火星探测车等系统来说，功效是另一个挑战。在将数据或图像传回地球之前，探测车能多有效地充分利用电源？
 

GaN（和 GaAs）的一小步，太空网络的一大步

深太空的严苛环境是砷化镓(GaAs) 和氮化镓 (GaN) 理想的用武之地。对太空探索以及最重要的回传地球的通信所固有的挑战性条件来说，这两种化合物半导体技术必不可少。

GaAs 是一种化合物半导体，几十年来一直是太空应用领域的实际标准。GaAs 放大器和开关稳固可靠，并且已经用于包括通信和导航卫星在内的多个太空平台上。

然而，新兴标准是 GaN。GaN 解决方案可在更高温度下可靠运行，寿命比传统技术长 100 倍。GaN 还能在更小的封装内提供更高的输出功率和数据吞吐量，能耗降低高达 20％。

成百上千种基于 GaAs 和 GaN 的网络解决方案已经在太空应用中推出。这些解决方案包括用于支持关键项目的轨道卫星，如用于宽带数据、电信和 GPS 的 Boeing Spaceway。

NASA 也一直依靠网络技术来传送其发现。
 

1997 年 NASA、欧洲航天局和意大利航天局在一项合作任务中向土星发射了卡西尼-惠更斯号太空飞船。卡西尼-惠更斯号探测器包含关键设备，旨在使其在土星卫星泰坦表面执行任务期间，与太空飞船进行通信。Qorvo 的砷化镓 (GaAs) 技术是将研究结果发回地球的关键所在。

几年之后，火星成为 NASA 勇气号和机遇号两部探测车的目的地，它们也配备了 GaAs 放大器。这两部探测车于 2004 年抵达火星，凭借卓越设计与星际装置的结合，勇气号持续运行并与地球保持通信直至 2010 年。它的姐妹探测车机遇号至今仍在运行，并向全球科学家发送数据。

随后，NASA 于 2006 年向冥王星发射新地平线号太空飞船。通信系统组件帮助新地平线号持续运行九年，并将首批冥王星高分辨率图像传回地球。新地平线号是第一艘访问柯伊伯带的太空飞船，这是一个距离海王星至少超过 10 亿英里的大区域，包含小型绕行冰体。

2012 年，火星科学实验室 (MSL) 的天空起重机着陆雷达和好奇号探测车也搭载了类似的组件。在著名的恐怖七分钟航程中，网络对好奇号安全着陆火星表面是必不可少的。

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