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
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