前(🤔)几天看(😼)到英国退(💥)欧的消息，脑子一热就溜(🛏)去看《独立日2》了(⏭)……噫(😬)，怎么(🐗)说呢，中国元素多的我尴尬症都要犯了，不知道周围那些老外心里怎么想……（“Thank you for using QQ”还算好(🛩)的(📧)，那个让(🧖)我脸(😤)盲的中国女(🤾)演员抵达月球基地的时候一群人围上去要(😹)签名的镜(🍮)头，鸡皮(🤷)疙瘩掉了一地好吗……那个牛奶的违和堪与《变形金刚(🔹)3》里有的一比，都是我家(🧣)乡企业，我也不说啥了……）
但是有(🌴)人问，能否(👩)像(🤜)电影中(🎀)那样在地月(🐀)之(➗)间视频通话？当然能(🥇)。不严格的说，半个(⛎)世纪前我们就(🌲)做(🚄)到了。
这是1969年7月20日，阿波罗11号带着阿姆斯(📗)特朗和奥尔德林两人(🔛)首次(🐙)登上(😍)月球时的电视(🥉)直播画面——(🚞)没错(⛪)，是直播，不是录播。
阿波罗任务本身就有人说是“开着洗(🏻)衣机横渡(📀)了太平洋(📍)”，在1960年代完成这样的(🎒)壮举，确实有很多技术问题需要解决：电视直播作为美宣(🏣)部（又名(⬇)NASA【误(🏷)】）造大新闻的(📒)重点，当然要万无一失。
要解决的问(🏌)题(⏰)最根本就是，怎么让信号在非常有限的数(🎼)据传输(🔋)能力下靠谱得传回(🍫)来、靠谱得接收到。
一方面，NASA从摄(🍕)像设备入手，尽可能(🌸)减小产(🍀)生的数据量(🚧)：(🗄)当时美国的电视标(🚝)准是(🖼)采用525线隔行扫描、(👇)每秒30帧的格式，而NASA给(👝)阿波(😆)罗任务专门定(⬆)制了320线逐行扫描、每秒10帧的(🏷)慢速扫描摄像机，这种(🍇)特别定制的摄(👅)像机让(🦕)电视(⏹)信号回(👦)传所需的带宽降为标准格式的十(🌜)分之一(⚽)。
由西屋电气制造(🛌)的这(🛳)款摄像(💯)机品质其实还是相(💶)当不(🍋)错的。上面左(🐈)图就(🍜)是这款摄像机(🔯)拍摄的原(⛔)始画面，可以看(💗)到宇(😠)航员面罩上清晰的映出飞船和人(🔌)影。不过由(🐇)于和标准电视画面格式不同，在实时转换(🎥)的过程中，原(🦖)始图像(🦀)的画质被毁了不(✏)少（上面右图）。
另一方面，由通信领域的基本定理“香农·哈特利定理”我们知道(🎧)，信道传输信息的速率与带宽及信噪比有直接关系。而提升信(🖋)噪比最简单粗暴的办法(🆙)就是——用更大口径(♓)的天线。
阿波罗(👘)8号(🍔)时，NASA用于任(🤣)务的地面(🎷)接收站由美国加州Goldstone、澳大(🍁)利亚堪(⛱)培拉和西班牙马德里的(🔔)三架(🕚)26米天线组成，使用(🐢)这三(😌)个两两经(📃)度差约为120°的天线，可以实现不间断的通信。
1961年，澳(🚏)大利亚建成Parkes 64m望远镜，成(💾)为当(🧖)时(😁)世界上最大的射电望远镜之一、南(🚦)半球(🚓)最大的射电望远镜(🚩)。该望远镜的成功建(🚂)造引来了(🎵)美国人(🚣)的效仿(😙)：1966年，NASA就在美国深空网（DSN）的核(🎫)心Goldstone建成了(🌛)同样口径(📒)为64米的射电(🕥)望远镜(🌦)。该望(👠)远镜甫一建成，就成为美国火星探测(🥓)的(💇)主(🚬)力，被称作“火星天线”。
左为Goldstone 64米“火星天线(🌠)”，右为水手四号发回的火星影像(🌏)
到了1969年肯尼迪划定的十年大限(🗒)，NASA终于(🆔)准备好进(🏜)行真正(🚻)的首(😔)次载(💭)人登月任务，阿波罗11号(📫)。为了支持(🔄)阿波罗11号(🧀)任务的电视直播，NASA同时(🤥)动(➿)用了Goldstone和(🐙)澳(✏)大利亚Parkes两台(🚛)64米望远镜。这两面大口径望远镜(✂)的(🔥)加入，将接收下行信号的灵敏度提升了(💻)约6到10倍——64米(🔸)口径望远镜的(📪)接(🤶)收(🌋)面积为26米望(🔊)远镜的6倍(🕵)。
每每(🛁)为澳洲射电(🕊)天文学界所称(🐍)道的，是Parkes望(🐺)远镜的优异性能。虽然两台(🌹)64米望远镜先后被用于直播信号接收，但在NASA发现Parkes的效果比Goldstone好(📡)很多后，剩(🍜)余直播全程都是采用Parkes接收的信号(🏘)——(👅)这(🌷)期间(🔲)Parkes所在地(🕖)不(🔒)巧刮(🚪)起强风，望远镜始终(🎸)在超出(🖋)机(🗓)械结构设(🤠)计能力的状态下坚持工作(🌥)，不辱使命。
比较有意思的是，当时阿姆斯特朗跟奥尔德林俩人到达月(📧)球后，按计划应该先休(🚪)息7个小时再出舱(📪)，因为(☝)只有那时月球才(💁)能进(📡)入(📞)Parkes望(🏨)远镜(🧗)可观测的地平高度以(🚮)上；然而阿姆斯特朗实在(🗄)太激动，登月心切，提前开始张罗着要出舱，差点让(🏈)Parkes赶不上直(💐)播——只(🍝)是出舱的(💔)宇航(➿)服(🏋)太(🍴)难穿(💈)上了，才让(🎁)阿(🏃)姆斯特朗(🔇)折腾半天之后，最(🔐)终还是基(🕰)本按照(📈)原定的时间(⚓)出(🖖)舱。
这段(🦖)轶事还被(🏞)拍成了电影《锅》（TheDish，此处电影中译名(🥗)为笔者杜撰）(🐂)：
为什(🥡)么(🚜)是绵羊(🎩)不是袋鼠？
不过几十年之后人们仔细检查当时的数据，发现这个画质不好的“锅(👧)”可能不能全让Goldstone“火星天线”来背。原来(🧓)是Goldstone接收(🗽)到慢速扫描视频信号后，在转换成正常电视信号(🕊)格式时，黑色色阶的值设置错误，导致暗部细节全(📲)部没(🐌)能显示。这是当时Goldstone和Parkes的图像(🛶)对比(🐡)（分别为左、右(🤩)）：
由于Parkes 64m望远镜的高灵(🃏)敏度保障了电(🤓)视(🍛)直播(👼)的有效(🤧)进行，阿波罗11号(💏)的着陆(👛)舱仅凭自带的(🧗)一(🐢)个较(🛴)小(🍠)的S波段可动天线(🛠)（下图(🙆)所(🌆)示“Steerable S-band Antenna”）就保证(🤱)了信号传输的顺利(😶)进(💎)行—(💍)—他们本可以在地(💊)上再(🥛)另外撑起一个(👉)临时天线的。因为Parkes足(🌫)够给力，他们不(🧘)必多此一举(🥕)，为紧张的月表工作节约了(🏾)时间。
S-bandAntenna
阿波罗12号(🏋)临时安置天线
后(🔸)来，阿波罗12号把(🔉)携带出(🍧)舱的摄像机从黑白(⛪)的(🚗)变成了彩色(🐧)的(🤫)，为了保证(📪)更大流量(🏃)信号(⛴)的顺利传输，使用了这个S波段的临时天线(🌜)来增强信号（飞船右侧(🚜)的倒伞形）。
当然比起《独立日2》电影里(🤴)这段QQ视频聊天，阿波罗任务的电视(👔)直(⛅)播还算(🏑)不上(🐜)真正的“视频聊天”——毕竟只有单方向的视频(🚦)传输，从(😢)地球(💉)到登月飞船就只有语(🥙)音了(🎅)。
剧照
这画质，少说也得有720P吧？720P的码(🆒)率一般在5Mbps左右，可(🤠)能是阿波罗11号电视信号的10倍(🍹)（这个数字是我估(💇)计的，可能(🥙)不(🤛)准）。当然，在摩(🐥)尔(🦃)定律狂飙突进(🚅)几十年后的今天，如果只需要提(🍯)升十倍数据传输能力，现(🌚)在的人类当然做的到。（感谢热心人士的(🥢)专业补(🎩)充：(👙)如果使(🐔)用HEVC编码的话，720P码率可以压缩到1Mbps甚至600kbps，那样的(🙁)话即使是阿波(💻)罗时代的数据传输能力(🖐)也差(👫)不多能实现了。）
比(👤)如2010年发射(👁)的嫦娥2号(🕣)绕月探测器，其搭载的X频段通信载荷(🕒)能够达到12Mbps的数据(👥)下行(🍍)速率(🍌)——别说(💁)720p了，1440p也快够了(♐)。而即使走得远一点，到其他行星去，现代深空通信(🍓)保障能力也(🐅)足够让我们惊讶：在(🍺)土星工作的(🤶)卡西尼(🔼)号飞船(🐨)，每天传回4GB的数(🗓)据，相当于一(😠)部(⚓)小电影（(♒)【误】）；(🕕)远在冥(🔯)王星的(🔒)新视野号，每天也能传回约20MB的数据，让我们得以探索冥王星上冰下海的踪迹。
咱们的嫦娥任务产生的信号的地面接收，用到(🏄)的是我国(🤖)几面较大(🏕)的(🛐)射(☕)电望远(🐳)镜/测控站天(🌗)线，包括：云(👤)南昆明40米望远镜(🌦)、北京密云50米望远(🎄)镜、上(🆒)海(🏢)天(💏)马65米望(🍳)远镜、新疆(🤓)喀什35米深(🧜)空测控站、黑龙江佳(🥎)木斯64米(🐤)深(🐲)空(🗂)测控站，中国现在还在寻求在阿根廷、澳大利亚等地建立海外陆基测控站。当然，坑已经(🆙)基本填(🐍)好，马上就要在今年9月开光(🥜)的(👼)贵州500米口径球面射电望远镜FAST如果参与深空支持，还将(🏡)以其灵敏度(🛶)优势极(📝)大的提升深空数据传输速率。
多(🥢)面天线的(🍵)组合使用(💢)不(➰)仅能增大总接收面积、(🤒)提升(🛋)信噪比(🏷)，还能有效提升整(🏋)个系统的稳(👬)健性。相比于相同接收面积的单个镜面，多(🌛)个小口径天线其每一个的主波束更宽，有(🏭)利(👧)于对冲望远镜指向可能出现的微小误差。相(🎷)距(➕)几千公里的这些射电望远镜组(📩)成的阵列更是可以进(🙏)行甚长基(👮)线干涉(🛎)，准确测定航天器的位置(😴)。
总(🤯)之(🍒)，造这么多钢铁巨兽，不仅仅(🎮)是为了让我们能在月球(😘)上QQ视频——不过也许有一(🔃)天(🙏)，这些努力终(🏣)究(〽)会让(❌)我们真的可以在(🎍)月球基(🆚)地聊个痛快吧！
出(🚋)品：科普中国
制作：中国科学院国家天文台(🐰) 刘博(😾)洋
监制：(🛐)中(🐸)国科(🔕)学(👛)院计(🍵)算(🚏)机网络信息(🔑)中心(♐)
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前身是2003年由加拿(🕖)大(⏺)华裔留学生小鬼神创立(😅)YYeTs字幕组，于2006年6月1号正式建立独立论坛，并(😩)逐(😋)渐成为知名影视站点之一，网站包括动作(📗)片、喜剧片和综艺片等十几个频(🚪)道。虽然近些年争议不断，但(🚨)仍然提供高质量的片源。
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