流星幫忙捎個信兒

小小的流星到底是何方“神圣”？現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，它們來自火星和木星軌道之間的小行星帶，它們可能是彗尾物質(zhì)或是宇宙塵埃。這些位于宇宙空間的被稱為流星體的小顆粒，在落入地球大氣層時，與大氣分子發(fā)生劇烈摩擦而燃燒發(fā)光。當(dāng)美麗的流星劃過靜寂的夜空時，你一定想不到，它或許正在為完成人類所賦予的光榮使命而燃盡自己、奉獻(xiàn)一生。

· 流星余跡是什么 ·

流星在掠過空中時會發(fā)出大量的光和熱，會使周圍的氣體電離，并很快擴(kuò)散形成以流星軌跡為中心的柱狀電離云，這種電離云具有反射無線電波的特性。這就是所謂的“流星余跡”。

上述電離過程以及發(fā)光、發(fā)熱的現(xiàn)象，只有當(dāng)流星體穿越空氣密度達(dá)到一定程度的大氣層時才會發(fā)生，因此流星余跡多見于80～120千米高空。流星余跡平均長度約為25千米，最長可達(dá)50千米。

根據(jù)流星強(qiáng)度和密度的不同，它可以分為偶發(fā)流星、火流星和流星雨。偶發(fā)流星是單個出現(xiàn)的流星，它的出現(xiàn)具有不可預(yù)測性，在方向和出現(xiàn)時間上也都具有隨機(jī)性，但它數(shù)目眾多，是實(shí)現(xiàn)流星余跡通信的主力。火流星是偶發(fā)流星中體積較大、在進(jìn)入大氣后能發(fā)出像火龍般耀眼光芒的流星。流星雨即成群的流星，來源于彗星流星體。與偶發(fā)流星相比，它的出現(xiàn)機(jī)會較少，因而不可能成為流星余跡通信的主力。

· 稍縱即逝的“信使” ·

流星能夠反射無線電波的特性是1910年首次被發(fā)現(xiàn)的。雖然那時人們對其機(jī)理還不是十分清楚，但卻想到利用它進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。

在經(jīng)過深入研究后，人們發(fā)現(xiàn)流星的確能為人類傳遞信息。這是由于流星在進(jìn)入大氣層時因摩擦而發(fā)出大量的光和熱，它促使從流星體飛出的原子與空氣中的分子和原子碰撞，產(chǎn)生電離現(xiàn)象，形成了一條柱形的電離云，即流星余跡。這種電離云具有能反射無線電波的特性。如果某地面無線電發(fā)射站對準(zhǔn)流星余跡發(fā)射無線電波，那么經(jīng)它反射的無線電信號就會被遠(yuǎn)方的無線電接收站所接收，通信就此建立。

可能有人會提出這樣的疑問：流星不常看見，靠流星余跡來通信靠得住嗎？其實(shí)，據(jù)天文觀測，宇宙空間每天約有幾十億個（而不是幾個）流星像雨一樣掠過天空，最后墜落在地球大氣層里。這便使流星余跡通信成為可能。盡管每小時都有上億個流星可以反射無線電波，擔(dān)負(fù)起建立兩地間通信的任務(wù)。但是，流星畢竟瞬息即逝，不適宜進(jìn)行須要連續(xù)傳遞信息的話音通信，而比較適合于進(jìn)行可以斷續(xù)進(jìn)行的通信。例如，一些氣候和環(huán)境條件十分惡劣的氣象站，不僅不便架設(shè)電話線，就連一般無線電裝置也受氣候影響而無法正常工作，所收集的氣象數(shù)據(jù)便可以通過流星余跡通信傳送到千里之外的氣象專家手里。發(fā)射信息的一方通過無線電發(fā)射機(jī)把要發(fā)的信息一份一份地發(fā)送出去后，經(jīng)過流星余跡的反射，被接收方的無線電接收機(jī)一份一份地接收下來，再變換成連續(xù)的信息。

· 遠(yuǎn)程通信的種類 ·

通信距離超過500千米的遠(yuǎn)程通信主要有衛(wèi)星通信、短波通信和流星余跡通信。這3種方式各有特點(diǎn)。

衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，實(shí)現(xiàn)兩個或多個地球站之間的通信。它具有覆蓋面積大、傳輸距離遠(yuǎn)、頻帶寬、容量大、靈活機(jī)動以及通信質(zhì)量好等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前擔(dān)負(fù)洲際通信和全球電視轉(zhuǎn)播的主力。但它的抗干擾能力、抗摧毀能力都較弱，且建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用較高。

短波通信是利用電離層所具有的反射電波的特性來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。它具有投資少、組網(wǎng)靈活、應(yīng)變能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但它易受太陽風(fēng)、太陽黑子活動等自然因素的影響，也難以承受核爆炸條件下電離層受到破壞對通信造成的嚴(yán)重影響。

流星余跡通信利用的是“自然衛(wèi)星”——流星，不僅具有投資少、運(yùn)營費(fèi)用低的特點(diǎn)，還不受外界惡劣條件的影響，具有抗干擾、抗摧毀的特點(diǎn)，即便發(fā)生核戰(zhàn)爭，它也能很快恢復(fù)通信。然而，流星的突發(fā)性和間歇性也限制了它在實(shí)時通信場合的應(yīng)用，而在應(yīng)急通信領(lǐng)域，它卻是游刃有余。

上面講到，由于流星余跡具有突發(fā)、間歇的性質(zhì)，因而流星余跡通信比較適合于小容量、無實(shí)時要求的場合。但流星余跡通信也有它的非凡個性，如具有大跨距、抗干擾、抗核爆、低截獲的特性。這使得它在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，當(dāng)指揮控制通信系統(tǒng)受到物理和電子攻擊時，成為保證最低限度應(yīng)急通信的重要手段。特別是一旦爆發(fā)核戰(zhàn)爭，各種常規(guī)通信手段都受到嚴(yán)重破壞的情況下，流星余跡通信就會發(fā)揮它獨(dú)特的優(yōu)勢。

在民用方面，應(yīng)急通信正在成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。從“9·11”等恐怖襲擊，到印度洋海嘯、汶川地震等突如其來的自然災(zāi)害，無不顯示建立應(yīng)急通信系統(tǒng)的重要性，而流星余跡通信作為衛(wèi)星通信的補(bǔ)充，可以在地面通信系統(tǒng)全部失靈的情況下發(fā)揮重大作用。它還可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、自然災(zāi)害預(yù)警、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸管理、防汛指揮、氣象預(yù)報、極地和無人區(qū)通信以及孤島燈塔自動控制等場合。

· 流星余跡通信的歷程 ·

流星余跡通信從發(fā)現(xiàn)、發(fā)展到今天，已經(jīng)整整走過百年的歷程。

早在1910年，當(dāng)哈雷彗星的彗尾經(jīng)過地球時，就有一個叫皮卡德的美國人嘗試向流星雨發(fā)送信號，希望通過眾多流星雨的反射，在馬薩諸塞州接收到反射信號。可惜，由于當(dāng)時的流星雨太小，沒有得到有價值的結(jié)果。但這次試驗(yàn)卻說明，人們已經(jīng)開始關(guān)注流星余跡的特殊功能，探索利用流星余跡進(jìn)行通信的可能性。

1921年，美國一家名為“長波傳輸局”的機(jī)構(gòu)在進(jìn)行電波觀測試驗(yàn)時，意外地發(fā)現(xiàn)流星群的出現(xiàn)與電波的接收之間存在明顯的關(guān)系。隨后，便有一些討論實(shí)現(xiàn)流星余跡通信可能性的論文發(fā)表，但大都是建立在鏡面反射原理基礎(chǔ)上的，并未揭示流星反射電波的實(shí)質(zhì)。

不過，流星余跡可行性一經(jīng)提出，便推動世界各國投入大量人力、物力進(jìn)行深入的觀測和研究活動。1935年，美國人斯科萊特發(fā)現(xiàn)了流星余跡內(nèi)電子受激產(chǎn)生振蕩而反射電波的通信機(jī)理，從而揭示了流星余跡通信的本質(zhì)。這使得對于這種新的通信方式的研究達(dá)到了一個新的高度。

在第二次世界大戰(zhàn)期間，流星余跡通信在戰(zhàn)爭中的獨(dú)特優(yōu)勢，也進(jìn)一步推動了人類對它的研究。據(jù)說，在戰(zhàn)爭中英國的超高頻雷達(dá)曾利用流星余跡對電波的反射，成功地完成了對德國V2導(dǎo)彈的輔助識別。

20世紀(jì)五六十年代，流星余跡通信的研究進(jìn)入了活躍期。1953年，加拿大國防部完成的流星余跡突發(fā)系統(tǒng)，堪稱國外最早建成的流星余跡通信系統(tǒng)，是驗(yàn)證流星通信可行性的里程碑。在這個階段，美國空軍劍橋研究中心通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了流星余跡通信可應(yīng)用于移動目標(biāo)；美國波音公司也取得了在陸地和海上進(jìn)行這類通信的初步成果。

經(jīng)歷了一段沉寂期之后，20世紀(jì)80年代，由于理論的成熟，技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步，在一系列事件的激勵下，流星余跡通信又大步向前了。美軍將其列為新的戰(zhàn)略通信手段，俄羅斯、日本等國也都加大了這方面的研究力度。20世紀(jì)90年代，基于各國的研究成果，建立了3種典型的流星余跡通信模型，使流星余跡通信的研究和實(shí)際應(yīng)用又邁出了歷史性的一步。我國早在20世紀(jì)70年代便著手建立第一代流星余跡通信系統(tǒng)，并在這方面始終與國際的最新進(jìn)展保持同步。

編輯/王一鳴