火星全球通信系统以及火星行星际通信系统

[emptymalei]

1. Geostationary satellite
2. Intermediate communication satellite - analog to EDRS
3. Interplanetary communication

话说这个很容易在 KSP 中模拟一下，到时候可以用 KSP 的画面来配图。

1. Interplanetary internet
2. 10 Best Ideas for Interplanetary Communication
3. IPN

论文

1. An Interplanetary Communication System 这个不是将网络的而是点对点通信的
2. CONCEPT FOR CONTINUOUS INTER-PLANETARY COMMUNICATIONS
   
   这篇文章是一个利用太阳的 polar orbits 上的三颗卫星做中继，结合行星的同步卫星来通信的。（感觉有个好处是离太阳近的这些卫星可以更好的利用太阳能）
   
   三颗卫星的相位关系可以这样安排，好处是任意时刻都可以做中继。
3. A Novel Interplanetary Communications Relay 这篇论文提到了很多的不在 Keplerian 轨道的通信卫星。如果使用太阳帆的话，倒也不需要携带燃料，听起来不错。 McKay 等人提出的。
   
   Sun-Mars 那个在轨道上方 0.176AU 的地方。Sun-Earth 那个 0.116AU。使用太阳帆或者离子发动机都行。

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总结：

1. 星际网络协议。DTN 协议，Delay-Tolerant Networking，这个协议并不假定连续的 N-N 链接，如果暂时找不到目标，数据并不会丢掉，而是储存起来，直到下次能够跟其他地方建立连接。因为太空中丢包或者被遮挡而不能通信的情况很多。所以 DTN 比较适合行星际的通信。
   实际上如果可能，可以在很多卫星上装上这样的模块，形成一个行星际网络。
   【如果作为设想的话，可以假定 Unisat 最终使用一个类似的协议 （DTNO？DTN Optimized?）来建立一个庞大的星际通信网络。】
   【具体的技术上，可以考虑激光传输。激光的好处除了高带宽，还可以量子通信结合起来，比较方便扩展。】
2. Unisat 的通信系统。在下面几个问题中有讨论。但是可以使用现成的设置也就是上面提到的中继卫星方法。

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续：

几个问题。

1. 火星全球通信没啥问题，跟地球差不多吧，用卫星来做。
2. 火星地球这种行星际通信就问题很多。
   1. 火星和地球之间的通信跟两者在轨道上的相位有关。如果中间隔了个太阳，那通信就麻烦了。这时候需要中继卫星。然而我们要求通信时间最短，所以尽量的安排最短的网络。我想到的方法是在地球公转轨道上，两侧某个相位差 D 处放置两颗。这样不管火星在什么相对位置都能通信，不会受到太阳的遮挡。然而这个相位差 D 该怎么选是一个问题。
   2. 月球的遮挡。为了节省能量，行星际通信肯定不能是广播那样的，所以有定向性。这样由于月球轨道和地球轨道几乎在一个平面内，所以在某个时间，总会遮挡地球和其他轨道位置之间的通信。所以上面的这个还需要用什么手段来防止被月球遮挡。例如再添加月球公转轨道上的中继卫星。

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脑洞的话，将来会有 warp 驱动的信息包裹来通信，比光速更快……

[ProtossProbe]

相位差的话难道不是L4、L5点最合适么，和地球相位始终保持在60度，即使地球火星位于太阳两端也应该能起到中继的作用？

[emptymalei]

@ProtossProbe 实际上想想在地球轨道平面内的中继并不太好，因为会在某个时刻收到月球的遮挡。这也是为什们大家一致在找什么太阳卫星，或者在地球上方的卫星这类方案。

[emptymalei]

读了篇小短文：http://thespaceeconomy.blogspot.com/2015/01/interplanetary-communications-company.html （被墙了，所以我分享到了 evernote ：https://www.evernote.com/pub/emptymalei/InterImmShare#st=p&n=2cab1c74-4527-4740-b637-ad6c95e1d5ed ）

另外我把我之前收集的新闻论文之类的 evernote 笔记本分享出来了：https://www.evernote.com/pub/emptymalei/InterImmShare

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几个感想

通信上的问题：

lag <- web cache，在火星上缓存地球上的网站；或者由网站购买火星服务器，直接在火星上提供服务。

解决 lag 的一个方法是使用 cache
例如早期只能自己解决，就是自己用服务器 cache 网页，后来有了整个的网页 cache 服务商，再后来运营商（Interplanetary Communications免费集成了这种服务。有的互联网公司购买了火星的服务器来托管一份网站镜像，对于交互式的网站更加方便了。

这就需要火星有个独立的 information infrastruture.

另一个问题我们之前讨论过了：
其他行星或者太阳的遮挡 <-可以通过中继卫星解决，其实当我们的 interplanetary satellites network 搭建起来之后，这个问题就不存在了，每个卫星都可以作为中继。所以我们的目的是搭建一个无处不在的星际通信卫星网络。

关于这部分的历史设定

• 地球一边的网络

关于 SpaceX 的卫星互联网和 Vergin Galactic 的 OneWeb，假定 SpaceX 一次可以发射10颗这种小卫星，平均每年发射四次，这样两三年就可以完成任务了。安全起见，我们可以设定 2018 年正式开始。也就是 2021 年可以完成。

• 火星一边的网络
  现在还没有项目，只有 Mars One 的一个自己用的项目。我们最好设定一个公司或项目在 2022 年之前有个初步可用的火星网络，这样这个公司可以在 2018 年左右成立（正好可以对应上我们的设定中的 星际通信公司）。然后由于多方面投资（各个登录火星的方面的需求），发展很快，在 2021 年在火星搭建起来初步可用的卫星网络。同样可以使用小卫星。
  其实一开始就可以让 SpaceX 投资这个公司，因为毕竟 SpaceX 没有自己的卫星研发的经验，投资收购这样的公司可以加快自己的研发。或者投资这个公司可以用它的小卫星。

跟设定结合一下，就是：
2018 星际通信公司成立，致力于小卫星通信网络和激光通信系统。2019年被 SpaceX收购，作为创始人的 Aidan Kirtman 离开公司，创立了 Interplanetary Communications，终极目标是覆盖全太阳系行星际网络的搭建工作。

• 星际通信部分可以两家合作，建立起第一个火星地球网络。

之后的发展

之后有了网络，通信甚至互联网都可以了。中继问题解决了，然后就需要解决一些信息传播延时的问题。

延时的话， Mars One 有个设想是，在火星上使用缓存服务器，先把网站缓存在火星服务器上，火星上的人浏览的时候从缓存服务器获取网页。

这样说来，我们除了需要一个火星上的通信网络，还需要火星表面的通信网络设施建设，包括互联网。首先就是需要一堆服务器，由运营商提供缓存服务，很长一段时间内都是这样的，因为我觉得火星上很长一段时间内不会有很多服务器啊。后期就是由于火星服务器变多，互联网公司可以购买火星服务器，托管一份火星镜像，这样火星上的人浏览的时候直接走的是火星服务器，跟地球上浏览地球上的网站一样了。

[emptymalei]

突然意识到了上面提到的那种 Non-Keplerian 中继卫星的优势了：延时小。

从地球出发到火星，仅仅比地球火星之间的直线距离增加 2.3 光分的距离，而且是在任意时刻仅仅比直接从地球到火星直线传播的信号多花 2.3 分钟，非常快。

我在知乎看到这个问题，想到的。http://www.zhihu.com/question/28044133

[ProtossProbe]

我好像之前还对之前排名最高的那个答案给予了反对与评论区嘲讽....= = 造一圈中继站这种通信方式又浪费钱又不快。

[emptymalei]

啊第一段说的量子通信还是对的嘛。反正也是一种方法，虽然建造一圈并不真的需要建造那么多，估计三、四个就行了吧。

不过他那个图画得好奇怪，如果是那种相对位置，直接通信不就行了啊。

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哦明白了，他在考虑信号衰减，不过这个并不是一个很大的问题？因为现在的火星探测就是直接通信的吧。

[emptymalei]

@ProtossProbe 第二种中继卫星的轨道的问题

这样设计轨道的好处是什么呢？虽然是在 L_1 L_2 上方，但是距离火星/地球太远了，太阳引力基本不变，但是来自火星/地球的引力减小了 24 倍/12 倍。感觉不太理解这样设计的意义呢，难道是这样稳定性更好？

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续

我查了一下，似乎并不是 halo orbit。例如 Sun-Mars L1 halo orbit 是这样的（参考了这篇文章），

这样是可以理解的，因为整个运动过程中，卫星偏离 L1 点很少，也就是卫星的受力情况基本上是在平衡点附近。

不过在那个通信卫星的文章中，卫星距离火星差不多 0.1AU 还要多，这种情况下，如上面所述，火星/地球的引力很小了，不像可以围绕 L1 运动的情况。

[ProtossProbe]

我又看了一遍论文，确实不是晕轨道，想当然了，赶紧把知乎里多余的评论给删了....

[emptymalei]

可是到底为什么要这样设计轨道呢？并没有一个直观的思路呢。

[NirViaje]

warp usb drive. ..