几十年后，当宇航员登陆火星时，他们可能需要找到一种通信方式——相互之间，与地球上和周围的设备之间，以及与地球上的任务控制中心之间。尽管住在离家很远的地方，但他们无疑希望与亲人保持联系，保持播放列表的最新状态，或者播放他们最喜欢的节目的最新剧集。
但是建立一个与地球互联网的Wi-Fi连接将不是一个选择。地球实在是太遥远了——大约5500万到4亿公里，这取决于行星在轨道上的位置。宇航员将需要另一种策略。
位于荷兰诺德韦克的欧洲航天局(ESA)系统工程师克莱尔·帕菲特(Claire Parfitt)说，建立良好的通信基础设施对人类的火星任务至关重要。“目前，我们正处于研究这意味着什么的早期阶段。”
研究人员正在测试升级现有网络的方法，以及一些遥远的替代方案。例如，美国国家航空航天局(NASA)的普赛克(Psyche)任务于10月发射，任务是探索火星和木星之间的一颗小行星，它也将使用激光测试行星际通信。激光可以比早期太空旅行中使用的无线电波携带更多的数据。
没有任何已知的策略可以消除地球和火星之间通信的时间差;以光速传播的信息单程需要4到24分钟。换句话说，快速ping到任务控制中心是不可能的，更不用说用WhatsApp给家里打电话了。
帕菲特说，当太阳位于地球和火星之间时，还有一个太阳连接的问题。这种情况每两年左右发生几周，切断了行星之间的通信。最近一次发生在11月。
但新的方法可能会使火星上的通信更接近我们在地球上的体验。至少有一个研究小组想知道:如果火星有自己的互联网会怎么样?
今天的火星通讯是如何运作的
几个太空机构已经在火星上部署了着陆器、漫游者和卫星，它们必须与地球通信。
想想美国宇航局的毅力号探测器。它发送和接收两种信息。一种是指令和遥测技术，即地球上的操作员发送指令、接收信息并决定下一步该做什么。珀西通常每天收到1000多条来自地球的命令。第二个是珀西收集的科学数据，比如火星岩石的图片。今年早些时候结束任务的“匠心”号直升机还定期向月球车发出ping信号。月球车是一个基站，在“匠心”号和地球之间传递数据和命令。环绕火星的轨道飞行器，包括美国宇航局的火星奥德赛号和火星勘测轨道飞行器(MRO)，以及欧洲航天局的微量气体轨道飞行器(TGO)，也同样将科学数据传回地球。
毅力号和其他火星探测器通过X波段无线电波直接从地球接收大部分指令。虽然珀西号可以直接发送少量数据，但它经常使用超高频无线电波将数据传输到火星中继网络中的一个轨道器上，这些轨道器有大型天线，用于向地球发送数据。珀西也作为一个基站，用于与“匠心”直升机的通信。
许多与火星的通信都是通过火星中继网络进行的，美国宇航局将其描述为“一场精心编排的舞蹈”。这个由MRO、TGO、MAVEN、火星奥德赛和火星快车这五个绕火星轨道器组成的网络通过指向地球的天线传输信息。
需要将最新观测数据传回地球的探测器首先通过超高频无线电传输将数据传递给其中一个轨道飞行器。如果那个轨道飞行器没有对准地球的视线，它可以一直保存这些信息，直到看到为止。然后，这些数据被传送到地球，在地球上，分布在全球各地的强大无线电天线总是在监听来自深空的ping信号。
一旦人类登陆火星，这个系统就不够好了。麻省理工学院的光纤和卫星通信研究员Vincent Chan并不认为本地的地面通信是一个挑战。他说，火星船员可以使用无线电频率和现有的无线技术进行互动。当宇航员靠得很近时，两个迷你信号塔就足够了;当宇航员距离足够远，必须越过地平线发送信息时，可以使用某种中继器。生活在地球偏远地区的人们一直以类似的方式交流。“这些服务已经在发挥作用，”陈说，“非常经济。”
Chan说，在机组人员的着陆器上，一个指向地球的大天线可能是火星探险者建立的第一个基础设施，但接下来的事情可能会变得更具挑战性。当地面天线没有直接的视线时，宇航员可以使用类似于火星中继网络的轨道中继与地球通信。必须有几个轨道飞行器可以全天候覆盖，而且它们还需要针对大量数据传输进行优化。
欧空局目前正在考虑使今天的中继网络更加强大。该公司目前正处于考虑火星通信和导航基础设施(MARCONI)概念的早期阶段。如果取得进展，该项目将开发一套与通信和导航相关的有效载荷，可以搭载任何前往火星的任务。
帕菲特解释说，一旦部署到轨道上，这些有效载荷将作为节点，在火星上提供无线电通信。这样它们就可以在未来的任务中使用。她说:“着陆的质量越大，成本就越高，所以你不一定每次都想在火星上着陆大型通信系统。”
虽然传统的无线电频率足以满足低数据速率，但使用激光链路可以在相同的时间内传输10到100倍的数据。由于光波的频率更高，是无线电波的数十万倍，因此可以包含更多的信息。因此，这种类型的光信号正是空间通信可能走向的方向。
空间激光通信
去年10月发射的普赛克宇宙飞船将测试远程激光通信的可行性，因为它将前往普赛克，这颗富含金属的小行星，它将探索。该航天器携带美国宇航局的深空光通信技术(DSOC)。
使用激光进行太空通信并不是什么新鲜事，但它们从未在比月球更远的地方进行过测试。11月中旬，普赛克从距离地球1600万公里的地方向地球发送数据，比月球远40倍。去年12月，它从3100万公里外发送了一只名叫塔特斯的猫的视频。
欧空局也在探索远距离光通信。一个名为ScyLight的项目，是安全和激光通信技术的缩写，发音为“天窗”，正在支持光学和量子技术的研究和开发，用于从太空进行安全和快速的数据通信。
尽管有这些好处，光通信需要超精确的瞄准信号。与无线电通信不同，光信号是以窄波束的形式发送的，必须精确地指向接收器。此外，云层覆盖和大气效应也会干扰激光。
任何向光通信的转变都意味着对现有的无线电天线进行一些升级，这些天线可以监听来自深空的信息——被称为深空网络——或者新的基础设施。
虽然它比火星更近，但它为未来的连接提供了学习机会。作为旨在让人类重返月球的阿尔忒弥斯计划的一部分，美国宇航局已经与私营公司签订合同，建立一个月球4G电信网络。这种网络以无线电波为基础，包括安装能够承受恶劣月球环境的天线和基站。
欧洲航天局的一个名为“月光”的项目邀请私人太空公司在月球周围建立一个通信卫星星座，包括那些无法直接看到地球的地区。该计划的第一阶段包括发射月球探路者轨道器，目前计划于2026年发射。
欧洲航天局未来项目工程师、现居伦敦的托马斯·纳瓦罗(Tomas Navarro)说:“为月球所做的一切，都是为了把人类和任务带到火星。”
火星互联网
那些火星探险者，更不用说未来的居民，无疑想要做的不仅仅是来回发送信息。他们会想要一个类似于地球互联网的设置，我们用它来分享照片到访问大量数据库。2023年6月，Universit?t柏林科技公司的Tobias Pfandzelter和David Bermbach提出，一组绕火星运行的卫星可以为这颗红色星球提供自己的分支互联网。
地球上的大多数人都是通过手机使用无线4G或5G网络或Wi-Fi路由器的射频辐射上网的。这些连接通过光纤电缆连接在世界各地。拟议中的火星网络将类似于由SpaceX运营的低地球轨道卫星星座“星链”(Starlink)。在地球上，宽带互联网和移动电话通过卫星覆盖是昂贵的，但在火星上，这样一个系统可能比在地面上建立一个庞大而强大的网络更便宜，更容易。
Pfandzelter和berbach都是云计算领域的专家，云计算是指通过互联网提供计算服务。对于他们提出的火星互联网，他们从边缘计算中推断出概念，在边缘计算中，信息在接近收集地点的地方进行处理。
加州圣何塞科技公司超微(Supermicro)的总经理迈克尔·克莱格(Michael Clegg)把边缘计算比作一家受欢迎的披萨店，“在更多的社区开设更小的分店，因为在主店烘焙的馅饼在送到远方顾客的路上会变冷。”边缘计算通常依赖于地面基站来存储和中继数据，但低地球轨道卫星现在被视为一种替代方案。
Pfandzelter和Bermbach得出结论，81颗环绕火星的低轨道卫星星座足以覆盖整个行星。它们将提供一个本地通信系统，这将是地球互联网的延伸。
想想火星上的宇航员想要追Netflix的节目。Pfandzelter说:“如果你想从地球上传输数据，你必须先等10分钟、15分钟甚至40分钟，而这只是为了连接。”这将是一个令人沮丧的走走停停的事情。如果火星上的另一个宇航员想看同样的电影，他们必须再经历一遍同样的过程。
相反，火星上的云数据存储系统可以使电影更容易访问。他说:“你可以拥有和地球上一样的体验，因为你所有的数据都是在本地复制的。”与此同时，其他从地球上传和下载的数据，比如科学数据，可以在后台继续进行。
将互联网卫星送入火星轨道也很经济，因为它不需要火星表面的着陆基础设施;着陆设备可以占据任务预算的很大一部分。“向火星发射一堆网络卫星，并让它们保持在轨道上，会便宜得多，”Pfandzelter说。
它类似于MARCONI概念的放大版(并且可以使用无线电波或光波，这取决于这些技术的状态)。
帕菲特说，即使到达火星还需要几十年的时间，开始计划也不算太早。行星之间的实时视频聊天在科学上是不可能的。除非物理定律发生重大变化，否则信息永远不可能传播得比光速快。“这不是一个需要解决的问题。这只是一个问题。”
但其他限制是可以克服的。解决这些挑战不仅有利于未来的火星宇航员，而且可能有助于他们更快到达火星。
“当你投入这样的基础设施时，”帕菲特说，“你会看到更多的任务被提议。”
