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[科技知识]如何评价星舰星舰在再入过程中穿越黑障时使用星链通信部分维持通信的能力？ |
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黑障通信，还给了视频直播，这个通信、控制能力在相关领域中处在什么水平？ 按照直播录像的时间来看，当时的黑障强度如何？ |
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而某些专家还在嘴硬，令人感慨 |
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“你是个爱好者，而我是个专家，区别就在于你不具备分析和判断能力，你看个报道就被误导了，而我能看懂报道背后的真相。” 这是我这辈子听过的最具科学素养的话 |
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能通讯没啥了不起 载人飞船返回部分太小，可以被等离子鞘完全包覆，当然无法避免黑障 只要航天器够大，等离子鞘就无法完全包覆整个飞行器，此时你可以从未覆盖等离子体的区域与外界取得联系 太空梭一开始也是完全黑障，后来通过卫星和机体尾翼的HF天线连接，地面连接卫星，实现了太空梭再入全程维持通讯 此为“没啥了不起”的部分 那么了不起的地方呢？ 星链天线可以在几十倍音速的高温环境下保证实时连接，还能抗住周围近在咫尺等离子鞘的电磁干扰，还能传输很不错的影音画面 这么说吧，太空梭的黑障通讯就是摩托罗拉第一台大哥大的话； 星链的黑障通讯就是现在美国满大街的苹果FaceTime，随便一个最近7～8年的iPhone都能支持 |
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一、当前阶段，星舰在设计时考虑过再入阶段通讯吗？ 直到2021年8月为止没有，这次很可能也没有。马斯克自己说的[1]： We don't really know whether we are going to space, let alone orbit. ...It is not necessary to receive data during the phase of flight to diagnose the failure. There's no deadline, we can just as well receive the data a bit later, like from a flight recorder. 到那时为止他们都还没考虑过能不能进入太空，更别提入轨了。而且马斯克认为要分析失败原因有很多方式，比如飞行记录仪（黑匣子），没有必要搞这个。 第三次试飞中使用的Ship 28早在2022年5月就已经开始制造[2]，这表明在更早的时候其设计就已经定型。作为参考，第一次试飞使用的Ship 24是2021年11月份开始制造的，第二次试飞使用的Ship 25是2022年3月开始制造的。因此基本可以认为，本次发射的Ship 28并未针对黑障通讯进行设计。 二、在第三次试飞中，StarShip是否完全突破了黑障？ 突破了，但没完全突破。这取决于传统上对黑障的定义。 参考星舰传回的最后一帧截图[3]： |
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这个高度讨厌就讨厌在已经基本进入中间层（35km-80km，一般认为进入这段才需要开始考虑黑障），但又并不是传统意义上的黑障区。至少从数值模拟的结果上看，峰值电子数密度到71.6高度前后才有显著的攀升（注意右边的对数坐标）[4]： |
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星舰末端速度大概在7.4km/s左右，与传统航天器在此阶段的再入速度相差并不特别大（6-7km/s），因此基本可以认为这个评估是合适的。考虑到仍不知晓其在海拔76km处到底是发生了损毁还是进入了黑障（飞行姿态的失控也可能产生影响），不能认为StarShip现在就有完全突破黑障进行通讯的能力。 三、人类现在有能力突破黑障吗？ 有的。 有文献[5]总结了到2022年为止人类的14种潜在的突破黑障的方法。下面简单介绍。 1、实用性较低的方法 几乎不必考虑这些方案。等人类真的哪天有办法解决这些方案的技术难题，可能已经不需要靠大气减速了。 Ramen散射通信法。有理论支撑，但高激励源输出会带来高复杂度、高功耗以及质量问题。典型的力大砖飞，但是要求用砖头敲出野蜂飞舞。高功率法。功率过高可能击穿设备，并且功耗问题严重。依然是力大砖飞，从精细度上看比Ramen法要求低一些，但要求的力太大了。低频法。低频信号会降低带宽，把信号降低显著低于等离子频率后其传输速度过慢。同时材料学和空气动力学都不支持在飞船上安装耐烧蚀且定向性强的低频天线。2、目前正在使用的方法 这些方法已然成熟。尽管有着各种各样的问题，但它们确实已经在工程中得到广泛使用。 高频法。目前使用最广泛的工程方法之一。但是随着频率升高，大气和降水造成的衰减将更加严重，通常最高工作频率为10Hz。（勘误：此处应为10GHz，不知道当时怎么想的，差了 109" role="presentation">10910^9 倍……感谢 @山左 指正）驻波检测+自适应码率兼容现有遥测系统。适合单向再入遥测系统，在工程上拥有良好的应用前景。中继法。理论清晰，技术成熟，经济性好。适用了背风面等离子鞘层较薄的特性，是目前主要使用的就是中继法，主要与高频法结合使用（这样大气衰减也减小了）。3、辅助性质的方法 虽然这些方案很有前景，但以当前技术手段还不能仅靠它们实现突破黑障。 改变飞行器空气动力学外形。主要问题是进行模拟需要消耗的人力、财力、物力过大，因而难以进行较大的优化与改动。仅能作为辅助。亲电子注入法。向等离子体壳层注入的亲电子液体有环保、注入效果等问题需要考虑，配套设备及注入液体的质量问题也给设计带来极大难度。烧蚀材料法。精确控制材料烧蚀速度的技术尚未成熟，且设计天线附近烧蚀层较难，工程实现难度较大。4、未来有待实现的工程方法 虽然这些方法现在还没有投入工程应用，但它们的前景是光明的。很可能在有生之年能够看到它们的实现。 磁窗法。通过人为施加磁场控制等离子体鞘层分布。对磁场强度要求高，且需要极好的电磁屏蔽以避免影响其他设备，有一定应用前景。引入正交电磁场。已经有大量地面实验和数值模拟，工程前景良好。激光通信。尚有调制编码技术、大气信道自适应光学技术等激光通信关键技术需要解决，且有大气烧蚀影响激光镜头的问题。因为其整体是基于中继法的方案，工程前景良好。与激光通信类似的还有X射线通信和太赫兹通信，它们都是基于中继法的通讯方案。但是由都有自身的问题，需要其本身现成为比较可靠的通讯技术才能应用于航天。夹层结构。2015年前后提出，目前仍处于理论阶段。其主要基于这样一个有趣的现象：当电磁波穿过等离子体（负折射率）-介质（正折射率）-等离子体（负折射率）后，其会在某个窗口频率突然变得可以被透过。其工程前景良好。四、如果未来马斯克实现了突破黑障通信，可能使用哪种方案？ 很可能依然是传统的中继法。 目前主流的中继法包括基于Ka波段的一次中继法和基于S波段的二次中继法。Ka波段的主要问题是受降雨影响较大，以及与传统的S波段通讯设备不兼容；而Starship恰好没有这个问题。 众所周知，从SN15开始，马斯克就放弃了S波段天线而改用星链天线进行控制[6]。星链的通讯频道恰好囊括了Ka波段，甚至星链巨大的数量还可以进一步缩短信号的空间传输距离，减少信号传输损失，得到更好的信噪比。这也能很好的解释为什么即使此次试射没有经过专门的跨黑障通信准备依然能在一定程度上突破黑障。 |
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我之所以说Starship很可能还是会使用传统的中继法，主要是因为这样一个商业性质的系统工程为了节约成本一般而言更偏好在已经得到可行性验证的技术的基础上，通过巧妙的系统设计来解决问题，而非通过巨额投资去尝试一些前景不明的黑科技。 一个佐证是不少网友赞叹的摄像头耐高温科技，在这么高的温度下居然还能保持运行；然而现实却是，太空叉通过巧妙地系统设计让整个飞船的总加热量更小于此前的航天飞机，温度等各项指标始终保持在比较”舒适“的水准。这样，Starship对舱外摄像头的要求反而比过去载荷更小的航天飞机更低了[7]。 |
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另，看到评论区里似乎有人提到量子通讯，目前看来这还不是具有工程实现可能的通讯方法，所以一般讨论工程方案的时候不考虑这个方向（ 参考^Starbase Tour with Elon Musk - Everyday Astronaut https://m.youtube.com/watch?v=t705r8ICkRw^Space X Static Fires Ship 28 for Third Starship Flight Campaign https://m.youtube.com/watch?v=vO4olRWhFQs^星舰第三次发射全过程（完整版） https://www.bilibili.com/video/BV1Sx4y1S7HQ/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=472e23c70f0df7461ca3194a68cc1828^吴祥东, 车学科, 狄辉, 韦洋红. 再入航天器周围等离子体分布特征研究[J]. 机电产品开发与创新, 2021, 34 (05): 100-104.^喻明浩, 邱泽洋. 飞行器大气再入过程中黑障缓解方法综述[J]. 中国空间科学技术, 2022, 42 (02): 1-12.^SpaceX installs Starlink dish on upgraded Starship prototype https://www.teslarati.com/spacex-starship-sn15-starlink-dish-installed/^李志文,张磊,李亮等.星舰气动布局性能特点分析[J].空气动力学学报,2022,40(05):1-14. |
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之前在其他问题里就说过，星链的价值远大于表扬者和批评者的认识。 |
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星舰28比之前的版本增加了星链终端接受器，由于马斯克的星链卫星布满了低轨道可以维持不间断的网络通信，所以这些终端提供了与星链卫星之间的可靠通讯，由于黑障产生的等离子体一般在星舰与大气摩擦的部分，而其他部分没有多少，这样通过增加终端可以抗干扰，同时互为备份增加数据可靠性，直播画面中可以看见高温损坏了部分视频信号，但是后面又恢复了，但是最后星舰本身也爆炸了，这些终端随着系统一起挂掉了……。 |
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看直播的时候旁白主持人其实已有讲解。星舰体型巨大，跟航天飞机差不多大，其再入早期面向太空一侧并未被高密度等离子体包裹。等离子体截止频率与其密度有关，因此其面向星链一侧仍然可以进行通讯，直到高密度等离子体完全阻断信号。 当然另一种办法是直接用超高频电磁波穿透黑障等离子体，不过马斯克并未在这方面有投入，应该不是这个技术路线。 |
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关于火箭尾部通讯，可以避免黑障的问题，这个数据就太机密了。 如果星舰回收成功，而且全程都有视频直播，这就能说明一些问题了。 现在还不好说~ |
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黑障的形成与坠落速度有关 速度快，空气摩擦形成包围飞行器的等离子体，则通讯信号中断，是为黑障 星舰不是宇宙飞船，不是自由下坠 有无黑障，得看当时的减速情况 |
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他那个就不是正经“再入”，姿态速度都不同于其他航天器，有没有形成全包围的等离子体屏障还是个问题，视频上看很可能有半边不迎风的舱体没有黑障问题。 值得关注的问题是他这个飞船体型硕大，和以前的各种小型再入体都不一样，在形成等离子体屏障时，大家有什么差别这以前也没有实验先例，很可能量变引发质变，其规律并不是线性变化，也许在巨大到某个程度以后，随便什么速度下都会有一个黑障漏洞也不一定呢，这个规律才是真正价值巨大的实验数据。 再说，黑障通讯的亮点并不在差转方式上，而是如何突破黑障本身。能找到穿透黑障把信号传递出去的方法才是关键，信号传输出去了，用星链差转，或者直传地面站，或者借中国的地面站差转，或者借俄国同步卫星差转，其实都没有什么特别意义。至于用星链差转时有没有加入AI技术，AI服务器是不是使用了绿色能源，服务器是不是特斯拉运过去的，是否聘用了有色人种科研人员，都不重要。 有人从监狱里偷偷写出一封密信来，用顺丰快递送达，就一个性质。 星舰是个神器，但星链真不是，低轨道通讯卫星高密度阵列而已，成形依赖于发射成本的下降，也就是个量变性质，花点钱就能实现的模式，是否引发了什么质变还不一定，十个兵拿三个对讲机如果不是神兵，那这十个兵拿十五个对讲机，也不见得就变神兵。 比如，举个不太恰当的例子，我军攻台，拿一百个高空无人机覆盖战区用作通讯差转，形成每八公里见方一架的密度，隆重命名为“空链”，任何一个士兵抬头十公里空间内，至少三到四架无人机提供信号，然后我们说这就神器降人间，台军绝无还手之力，传檄而定，广大台胞肯定不认同这个说法。 为什么不认同呢？难道我这不算数字加密高速通讯？！ 台胞就会说，阿共你不能架两个电台就说我输了对不对？大家还是讲点武德。 所以，这整个问题就有点怪怪的，凡事都扯星链就怪怪的。 |
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这有何难？老米和土鳖早解决这种问题了！ 东风21D是如何克服黑障保持控制的？259 赞同 · 12 评论回答 |
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属于top2的水平，2016年中国高空高超音速和载人就主打黑障通信确保。 就现在以第二宇宙速度返回地球的能力来说，只有top2能完成这个强度的黑障通信。中国在这方面的技术略高一些， 以上不是我说的哈，美国五角大楼说的 |
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都靠体型够大, 都是天线宝宝 |
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瞎猜猜的话，全地球只有他们手上有一年上百次的黑障通讯样本， 样本足够多就能放AI做非传统算法filter。 |
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应该没人怀疑性恋的军事能力 性恋带个锅可以灭俄 天朝高潮热障通讯也就遥遥领先五年 转眼 性恋结合高潮天朝航母好不过北洋水师 |
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这次试验证明SpaceX制造超重推的技术十分成熟了，以后超重可能可以跳过这个迭代直接进入产品定义概念了。 只是不知道是否需要随着软硬件不断升级，感觉是不太需要频繁升级，如果使用计算平台的话。 黑障五分钟么，需要这么关注么，只是担心被烧坏才是真的吧。 来来回回的，还要重复使用，看来这部分实验才是高价值部分。 |
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没有进入黑障 |
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咦，难道中美俄法英这些国家都没有这个方面的试验嘛？ |
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星舰是自由下坠的落体运动，不是滑翔体运动，背面有等离子体涡流的黑障不完全体可以断续通讯。 SpaceX星舰第三次试射轨道级再入进入黑障后14分钟发生解体失联，隔热瓦和殷钢组合防热发生技术xing失败。 |
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