揭秘阿波罗登月：地月间电视直播信号是如何实现的？
揭秘阿波罗登月：地月间电视直播信号是如何实现的？
在太空探索和通信技术的领域，了解如何从月球向地球发射信号并成功接收这些信号是非常重要的。
比如NASA公布的阿波罗17号登月舱上升段从月表起飞的过程就动用了远程控制（有延迟，需要提前计算好录制时间）电视直播的方式记录了上升段脱离下降段的全过程。但是还是有很多人不理解这段视频是怎么拍下来的，一个劲的扯胶卷是怎么带回来的！
其实这是由远离着陆器145米远的安装在月球车上的装有摄像管和电子监视器的慢扫描电视直播摄像机拍下来的，这台摄像机不仅安装了云台可以上下左右移动，镜头还有伸缩变焦的功能，
本文将探讨从月球车上通过高增益天线以20瓦的发射功率通过S波段向地球发射电视直播信号，并分析在地球上需要多大口径的天线来接收这些信号。
信号发射与传播
信号发射涉及将电磁波从发射器传输到接收器。在本例中发射器位于月球表面月球车上，使用高增益天线（High-Gain Antenna, HGA）以20瓦的功率发射S波段信号。采用模拟电视信号，工作在10帧/秒，每帧320行的图像，通过调制技术将图像和声音信息传输到地球，S波段通常指频率范围在2到4GHz之间的无线电波段，这在太空通信中非常常见。
自由空间路径损耗
在信号传播过程中，自由空间路径损耗（Free-Space Path Loss, FSPL）是一个关键因素。FSPL可以通过以下公式计算：
FSPL (dB) = 20 * log10(d) + 20 * log10(f) + 20 * log10(4π/c)
其中：
d 是信号传播距离（米）
f 是信号频率（赫兹）
c 是光速（299,792,458 米/秒）
计算示例
假设月球到地球的平均距离为384,400公里，S波段频率为2.3 GHz，FSPL可以计算如下：
FSPL (dB) = 20 * log10(384,400,000) + 20 * log10(2,300,000,000) + 20 * log10(4π/299,792,458)
计算结果大约为191.58dB的路径损耗。所以20瓦的发射功率经过191.58dB的路径损耗后，剩余功率约为-148.0dBm。
接收天线增益与大小
假设我们需要的接收功率为-148dBm（现代手机在良好信号的情况下 接收功率约为-70dBm 到-90dBm。在较差信号的情况下接收功率约为-90dBm到-110dBm），为了接收从月球发射的信号，地球上的接收天线需要具有足够的增益来克服路径损耗。天线增益（G）与天线口径（D）之间的关系可以通过以下公式表示：
G (dBi) = 20 * log10(D) + 20 * log10(f) - 147.55
通过计算，我们可以得出在地球上接收来自月球的20瓦S波段信号所需的天线口径大约为50-70米，具体数值取决于实际的接收灵敏度和天线效率。
不过在实际操作中，NASA动用了地球上五大通信接收站来保持电视直播信号的接收与传输，这些计算和理论在阿波罗登月任务和现代深空通信中得到了验证，展示了科学和工程的奇妙结合。
附：阿波罗载人登月计划地月信号传输地球五大通信接收站位置与图片
①澳大利亚堪培拉站坐标：148.2635E 32.9984S
②澳大利亚堪培拉站坐标：148.9779E 35.5832S
③美国加利福尼亚站坐标：116.8886W 35.4258N
④西班牙马德里坐标：4.2489218W 40.4285688N
⑤西班牙马德里坐标：4.1689292W 40.4553408N