主题：【原创】关于阿波罗登月的各种质疑及相关讨论的专题 -- 随园过客

修改注：又去读了一遍“哈姆雷特教授”的原文眉间尺:【原创】呼应“我不是马甲”对登月的看法，发现其主要问题倒不是对通讯原理理解方面的问题，而是对登月通讯设备参数想当然，所以在本文相应作了些修改。

既然有人提出了这个问题，那就说明还是值得放进这个专题里的。就借此机会详细解答一下吧。

反方这里的计算充满了很多对阿波罗通讯系统参数的臆测，不过和实际情况相差太远，这直接造成了其结论错误。前面已经有河友作过反驳代码ABC:【原创】关于通信知识的扫盲，所以原理方面我就不再多废话了。这里我再仔细介绍一下阿波罗的通讯系统，同时作些有针对性的计算。

阿波罗的通讯系统采用的是“统一Ｓ波段”系统，简称ＵＳＢ。对于这一系统，ＮＡＳＡ在其ＳＰ－８７文件中有详细介绍。

为了保持与阿波罗保持联系，ＮＡＳＡ总共在三个地点（美国加州，澳大利亚，西班牙，差不多等经度间隔）建了６套深度空间通讯系统。每地两套，一套主用一套备用。这些系统采用的是８５英尺（２６米）的定向通讯天线。除了这些保持和月球通讯的站，另外还有一些装备了３０英尺天线的通讯站和通讯船用来填补深度空间通讯站的覆盖空白，保持在发射和在地球轨道上和登月舱的联系。这些近距通讯设备包括了总共１１个地面站和３艘通讯船。

３０英尺天线的波束发散角在ＵＳＢ波段大约是一度。它对飞船的跟踪除了需要预知轨道数据外，还需要一个３英尺１０度波束发散角的小天线来辅助进行初步捕捉。

不过在月球轨道和月面的通讯，包括电视转播都是由深度空间通讯站来做的，所以我们的分析也集中在它的配置上面。因为这些通讯站发射功率是万瓦级的，所以上行链路不是问题关键，我们主要考虑的是下行，即月球到地球的通讯。下面的计算也针对下行链路。

前面说过这些地面的深度空间通讯站使用的是８５英尺天线，它们的接受增益为５２。５ｄＢ。在月球端指令舱的高增益天线是可调的，波束发散角越小，增益越大。分别可以调成７。４，２３，和２８。４ｄＢ。发射功率也有两档，５Ｗ和２０Ｗ。不过我们当然更关心的登月舱的情况，因为电视信号是直接从那里来的。登月舱有两个抛物面天线，一个是２英尺，发射增益为２０。３ｄＢ。另一个是在月面时与地球通讯的主天线，是一个１０英尺的抛物面天线，３ｄＢ波束发散角是３度，发射增益为３４ｄＢ，功率为２０瓦（经过各种设备衰减，我们假设离开天线的实际功率为１２瓦，也就是１１ｄＢＷ）。

自由空间（真空）信号衰减公式是这样：衰减＝２０ｘｌｏｇ（ｄ）＋２０ｘｌｏｇ（ｆ）－１４７．５６。其中ｄ是距离，单位为米（地月距离是３８４４０００００米）；ｆ是频率（ＵＳＢ中心频率大约是２３００兆周）。这样算出来对于ＵＳＢ来说从月球到地球的信号衰减为２１１。５ｄＢ。

地面接收天线和登月舱发射天线的增益分别为５２。５和３４ｄＢ，所以收到信号强度是发射信号强度再减去１２５ｄＢ（即５２。５＋２４－２１１。５）。也就是说１１ｄＢＷ的发射信号到接受时变成了－１１４ｄＢＷ。

接收设备噪声性能很好，加上主通讯站可以用制冷方法降低接受设备温度来减低设备电热噪声（设计温度指标是零下６３摄氏度）。整个USB站的频段对应噪声应该是-135dBW左右。专门收某个某几个子频段的设备噪声可以更低。比如登月实况转播的电视信号只占用500KHz，是一种特别的320行10祯每秒的黑白电视信号，这样对于专用接受电视信号的设备，垓段噪声仅为-148dBW。当然实际应用中还会有其他衰减，但是如此大的信号边际有足够的能力来满足绝大多数情况下的通讯要求。

一般来说，在有线电视同轴缆里面的电视信号如果达到４０－４５ｄＢ信噪比，那么收看质量就非常好了。普通电视天线接收需要12-16dB的信噪比。从另一种大家熟知的技术，ＷｉＦｉ１１ｇ的带宽是２０兆，比ＵＳＢ还小一些，如果有2０ｄＢ的信噪比，基本可以有18兆的数据物理层速率了。

“哈姆雷特”的计算中，前面热力学的计算有一定道理，但是到后来联系实际情况对登月舱设备的假设就和实际差的太远了。登月舱带了比他可惜想象得到的还要大得多的抛物面天线。

另外从他恐怕也不知道如何从热力学计算通讯容量（就是香农极限，其实那些热力学计算就是推香农极限公式的前半部分），所以他的后半部分就生搬了两个不知哪里来的数字1.6K和51.2K。我不知道他的两种通讯的数据是那里来的，反正是不正确的。举例来说，USB的指令信号是数字式的，采用BPSK调制，每一位的长度（对BPSK而言也就是symbol length）是3KHz。所以在USB频率，单是指令信道就是700多kbps。

另外USB之所以叫USB是因为它在总带宽（大约20兆赫宽度）内分了很多小的子频道，分别给跟踪，指令，声音，电视等等不同通讯。前面说的指令通讯只是其中一种罢了。当然对于有的通讯任务，需要带宽比较大，这就需要关掉一些任务，把它们的子频道让出来。比如在传高质量电视的时候就需要关掉了一些其他通讯来给电视讯号提供更多的带宽。在执行不同任务时宇航员可以自行选用最合适的组合。

其实ＵＳＢ在不少其他探月任务中都用过。最初喷气实验室研发这套系统就是为了让无人探月器勘探者号可以往地球发电视讯号。勘探者用的电视摄像机和登月的阿波罗用的差别不大。另外不少的探月器，包括一些苏联的探月器，都往回传电视图像的，只不过没有有ＵＳＢ系统，没有实况转播罢了。如果要从电视转播角度来否定阿波罗的登月实况，必须否定所有这些系列的月球图像才行。