小火箭出品
本文作者：邢強博士
本文共11504字，82圖。預計閱讀時間：1小時。
小火箭祝各位好友春節吉祥平安！
可曾想過，在技術如此發達的今日，人類是否過於依賴現有的通信基礎設施了？
在低軌巨型星座開始引領的在軌通信時代來臨之際；在大家待在家中的假期由地面的4G和5G通信網絡保障信息來源之時，設想一下，如果此時沒有了這些基礎設施的支撐，人類文明又會怎樣？
本文，是小火箭戰時和應急情況的技術探討系列報告的第一篇，講述在太空戰爭爆發和地面核大戰爆發之後，人類快速恢復遠距離信息溝通和保持最低限度的報平安和相互鼓勵的信息渠道的技術方法。
壹
一次試驗
這一切，我們需要從上世紀40年代開始講起了。
生存與發展，是人類的共同目標。
不過，戰爭依然是一個難以回避的話題。
1945年7月16日，美國率先通過曼哈頓工程，實現了人類第一次核爆炸。
原子彈，從此誕生。
原子彈的出現，讓第二次世界大戰提前結束。
後來，1949年8月29日，蘇聯在哈薩克草原上，試爆原子彈成功，美蘇核武兩強局面形成。
1950年1月，美國決定研製破壞力要更厲害的熱核武器，也就是氫彈。
匈牙利籍猶太裔科學家愛德華·泰勒領導的工程師團隊，研製氫彈成功。
上上圖和上圖為1952年11月1日，美國常春藤麥克氫彈在太平洋一個環礁上爆炸的場景。上上圖為爆炸瞬間，上圖為爆炸後形成的菜花狀蘑菇雲。
該氫彈當量為1000萬噸TNT，為廣島原子彈的500倍。
不過，當時的氫彈重達65噸，尚無具備實戰投擲能力的載具。
1953年8月，蘇聯宣布氫彈試驗成功，當量為40萬噸TNT。
蘇聯的氫彈，採用鋰的一種同位素鋰-6和氘的化合物：氘化鋰作核燃料。氘化鋰是固體，不需冷卻壓縮，製作成本低、體積小、重量輕、便於運載。
這種氫彈，被稱作“乾式”氫彈，總重不超過1噸，可由彈道導彈來進行投擲，相較於美國早期的液氘“濕式”氫彈，要小得多。
於是，蘇聯成為第一個把氫彈實用化的國家。
這種稱為“乾式”氫彈的武器，使蘇聯成為第一個把氫彈實用化的國家。
美國和蘇聯的核武庫的規模，在這些年來，究竟是個什麽樣的發展曲線呢？
小火箭統計了每年的情況，給出圖表：
以上是小火箭把橫坐標對齊後的美國和蘇聯核武庫歷年規模圖。
統計和校驗每年的數據並繪製成圖表，雖然工作量巨大，但是如果能夠促進對核武器數量的直觀認識，還是很值的。
由此可見，自從上世紀50年代，美國和蘇聯都掌握了原子彈和氫彈技術以來，雙方都開始快速發展。
在上世紀50年代和60年代，美國核彈頭數量的增長速度，遠超蘇聯。
這就引起了蘇聯的一個擔憂：
一旦被美國進行了一波次的飽和打擊之後，還有沒有能力進行還擊？
這就促進了一次這樣的試驗：
1956年1月29日冬夜，在伏爾加格勒和阿斯特拉罕之間，蘇聯廣袤的草原地帶，若乾輛彈道導彈運輸車和硝酸運載加注保障車輛在星空下馳騁。
當夜，導彈起豎待命。
千里之外，莫斯科指揮中心的一處信號塔，在不斷地發出信號。
這個信號，內含導彈打擊目標信息和是否發射的內容。
而草原上的導彈發射營，所有人員都已撤離，導彈處於遙控狀態。
2小時過去了，璀璨星空下，大草原風聲獵獵，荒草淒迷。
500公里外，一道流星劃過夜空！
就在此時，靜靜矗立的導彈突然被喚醒。
棕紅色的火焰從R-11彈道導彈的尾部噴出。
8分鐘後，靶場人員確認：命中165公里外的指定區域，試驗圓滿成功！
這次導彈發射，是人類第一次不借助任何通信中繼的超遠距離遙控彈道導彈發射試驗。
R-11彈道導彈攜帶常規彈頭時，射程為270公里，攜帶核彈頭時，射程縮減為170公里。從落點到發射點的距離來看，該彈應該是帶了與核彈頭相當重量的配重彈頭。
導彈發射營距離莫斯科指揮中心上千公里之遙。發射指令是如何傳輸的呢？
通過衛星麽？
不是的，那是1956年年初，人類第一顆人造地球衛星要等到1957年10月4日才能進入太空。
1956年的太空，還沒有任何一件人造物體在飛行。
通過大型雷達接力傳輸麽？
不是的，這次試驗，在指揮中心和大草原的發射營之間，沒有任何人造設備輔助。
那，這個發射指令是如何傳到千里之外的？總不會是用信鴿吧！
答：是 流星！
沒錯！這是人類工程師借助流星在地球大氣層內殘留的尾跡，在數秒內，完成的一次跨度達1000公里的不借助任何人造物體進行中繼的信號傳輸。
流星尾跡通信技術，能夠在沒有衛星、沒有光纖、沒有覆蓋全球的手機4G信號的支撐下，實現跨越上千公里的信息傳輸，還是很神奇的！
貳
一段歷史
1956年1月，大草原上的那次發射，是一顆流星給傳輸的發射指令。
這片東臨華夏，西接地中海沿岸，南望尼羅河古文明，北承遊牧民族的廣袤草原，見證了太多。
1171年，庫爾德人薩拉丁，執掌埃及。隨後，他揮軍北上，一舉攻佔聖城耶路撒冷。
在大草原的東側，大宋與西夏的百年戰爭，進行正酣。
大草原的西側，那被無數聖典譽為聖地的地方，十字軍東征隊伍和薩拉丁及其繼任者正面對撞。
神聖羅馬帝國皇帝 紅鬍子 腓特烈一世、英格蘭國王 獅心王 理查、法蘭西國王 菲利普，聯手東進。
那段歷史，塑造了亞歐大陸甚至包括北非地點的版圖雛形。
這段民族大融合和人類長達200年的戰火紛爭時期，留下了太多傳奇。
而期間人類對流星雨的記載，則為後來的科學家提供了寶貴的第一手觀測數據。
流星，在很大程度上，影響了那段歷史的戰爭歷程。
而且，從那以後，見到流星就許下心中願望的做法，成為東方和西方人類所共有的祈福習慣。
叁
一種猜測
進入20世紀，人類對原子和電磁的理解開始入門。
上圖為玻爾茲曼博士，嗯，就是熱力學第二定律和玻爾茲曼方程那個玻爾茲曼。
在中世紀的神聖羅馬帝國的那片土地上，人類開始探究宇宙的究極奧義。
玻爾茲曼博士有個徒弟，是來自日本的長岡半太郎。
長岡在原子模型和電磁學領域頗有建樹，深得玻爾茲曼和居裡夫人的指教。
後來，他迷上了流星。
在得到玻爾茲曼、基爾霍夫、亥姆霍茲和居裡夫人的指導後，長岡返回日本。
長岡結合他數十年來的技術積累，認定：
流星的尾跡能夠在電磁波的激發下產生感應，從而具備反射和傳輸無線電信號的潛力。
這個想法，在當時爭議還是很大的。尤其是在美國和日本的很多工程師進行了大量流星通信傳輸試驗失敗之後。
不過，長岡閃耀的求學經歷和嚴謹的科學推導讓人們不得不相信流星具備這個潛力。
1931年，就在長岡提出流星通信理論兩年之後，美國貝爾實驗室的工程師終於在獅子座流星雨期間，實現了短暫的流星傳輸。
長岡也就以流星通信之父的身份，入主月球的一座環形山。
上圖為月球長岡環形山，小火箭風格，具體坐標為：
月球北緯19.4°N；月球東經154.0°E
1931年，美國貝爾實驗室意識到了流星通信的工程可行性，但是為什麽後來沒有大力推廣呢？
答：當時貝爾實驗室正著力於跨大西洋的無線電傳輸系統的研究。
上上圖為卡爾·央斯基。
當時26歲的央斯基正是貝爾實驗室的工程師。
他是有實力也是有可能開發出流星通信系統的。
不過，歷史賦予了他另外的重要使命：發明人類最早的射電望遠鏡。
上世紀30年代，貝爾實驗室的卡爾·央斯基製成了上圖這樣的一架天線。
這架天線的設計初衷，是用來接收頻率為20.5MHz（波長約14.6米）的無線電波。然而卻成了人類第一台射電望遠鏡。
詳見小火箭的公號報告《小火箭 | 射電天文學的傳奇與陣列設計》。
那麽，流星通信從一種猜測到工程應用，還要等多久呢？
答：要到第二次世界大戰了。
二戰期間，英國物理學家詹姆士·斯坦利·黑，應英國皇家部隊之約，主持領導對德國戰列艦的雷達監測工作。
當時，雖然在防空領域，仍然有不少需要借助人類眼睛和耳朵的監測設備，但是在戰略空軍和海戰領域，雷達已經出現並且承擔起了重任。
詹姆士領導的英國工程師團隊和德國海軍工程師團隊，在英吉利海峽兩岸，玩起了貓鼠遊戲。
英國用雷達來監測德國戰列艦的行蹤，而德國工程師則率先掌握了雷達干擾技術，對詹姆士的海防雷達進行主動干擾。
1942年2月的一天，情報指出，德國沙恩霍斯特號戰艦即將穿越英吉利海峽，需要特別關注。
而就在當天，詹姆士團隊慌了：
英國的海防雷達遭遇了強大的電磁波干擾，以至於整個系統被全面壓製。
德國人居然做到這種程度了？
詹姆士博士讓大家先穩住，然後試著跟蹤干擾源。
規律出現了：這個干擾源在天球坐標系中的行進速度，和太陽移動的速度完全一致。
詹姆士隨即向英國皇家天文台發了電報。
回復是：當天，太陽有一顆巨大的黑子在移動，或許產生了大量的電磁波干擾。
詹姆士靈機一動：既然雷達對干擾這麽敏感，那麽，電磁波或者大氣環境的稍許波動，會不會成為雷達的信息來源呢？
於是，用於探測大氣層內電磁環境波動的預警雷達誕生了。
整個二次世界大戰的末期，正是這種雷達，實現了對德國V-2彈道導彈的成功預警和監測。
V-2彈道導彈飛行過程中所產生的尾跡，能夠反射雷達波，從而在英國的預警雷達上產生回波。
根據回波位置，英國能夠對預定的落點一線，提前進行預警。
這項技術，一直被英國視若珍寶，在二戰期間，從未向外透露過。
隨著二戰的結束和工程技術人員的流動，美國在1950年全面掌握了導彈尾跡的雷達預警技術。
結合早些年日本長岡和美國貝爾實驗室的研究成果，把這種雷達預警技術當做信號接收端，把信號發射端的功率稍微增強，把反射無線電波的介質從彈道導彈的尾跡改為流星尾跡。
這樣，流星通信技術就誕生了。
6年後，蘇聯也掌握了流星通信技術，並且率先在大草原上進行了跨度為1000公里的彈道導彈通信試驗。也就是小火箭前文講述的1956年的那次遙控發射。
肆
四套軍用系統
按小火箭第一定律：迄今為止，在人類工程技術發展史上，幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。不管這項技術的初衷到底是用於提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心，最終這些家夥大多都被拿來用於增強軍隊的作戰效能了。
在上世紀50年代和60年代，有4套流星軍用通信系統被建立了起來。
蘇聯在1956年，建成了從莫斯科和12個備用指揮點發出信號，借助天空的流星，讓全國所有核導彈部隊進行報復性打擊的系統。
這套系統後來拓展到覆蓋整個巴倫支海和黑海的海陸應急通信系統。
蘇聯的研究，起步很早。一直以來，是由喀山大學的幾位博士牽頭的。
1946年，喀山到莫斯科，喀山到敖德薩，兩條流星通信線路完成。
然後，用了十年時間，蘇聯實現了覆蓋全國的流星通信系統。
不過實際上，第一套具備實用意義的流星通信軍用系統，是同樣地廣人稀的加拿大建成的。
加拿大在1953年開展了代號為珍妮特的工程，在全國架設了數十個流星通信系統終端，完成了對全境的應急通信系統覆蓋。
上圖為1953年的加拿大安大略省溫莎街頭。
該工程原名為亞努斯Janus，也就是以希臘/羅馬神話中的門神亞努斯命名。後來更名為Janet，其中net有形成網絡的寓意，而且名稱更親民。
要知道，對於常年對抗冰雪侵襲的加拿大來說，無線電中繼電台雖然必要，但是流星通信系統的確是一切系統的終極保障，畢竟這套系統不需要任何人造中繼，只需等來合適的流星。
加拿大建成的人類第一個流星通信網絡，涵蓋了渥太華和亞瑟港等關鍵地點，能夠實現跨度為1350公里的信號傳輸。
同時，該通信網絡和美國愛荷華州錫達拉皮茲市的超高功率發射機和西弗吉尼亞州斯特林的接收站組成了網絡，從而把美國自然地囊括在該應急通信網絡中。
具體工作方式：A站和B站的雙向通信。A站提前把要傳輸的信息錄製在磁帶上。在A可視天區範圍內一旦出現流星，就以高速壓縮的方式，播放信息的快放形式。
如果流星尾跡的位置合適，那麽B站就會得到壓縮信息。然後按約定好的形式解壓縮（其實就是非常簡單的快放變為正常播放即可），便可收到信息。
經過大量試驗測試，誤碼率小於1.2%，是可堪使用的。
上圖為1953年建成人類第一套流星尾跡應急通信系統的科學家的合影。由小火箭好友傾情提供。
這是一群懷有科學浪漫主義的人，把多年來大部分人認為不可能完成的任務漂漂亮亮地實現了的人。
當時沒有人造地球衛星，一旦加拿大出現大範圍的災害或者軍事情況，就全靠這套流星應急通信系統了。
後來隨著通信衛星的發展，加拿大的珍妮特工程一直處於暫停和備份的狀態。
不過，很多加拿大軍事基地和居民建築上，都保留著用於接收流星尾跡應急信號的八木天線。真要重新啟用這套系統，不難。
美國完成了人類第三套流星應急通信系統的建設，排在加拿大和蘇聯之後。
美國雖然起步較晚，但是其流星通信系統是最完備的。
到上世紀80年代，美國完成建設了空基、陸集和海基的流星應急通信系統組網。
實現了即使東西兩海岸的大部分大城市都被核武器命中後，依然能夠借助流星給全國的洲際彈道導彈發射井和海基核潛艇發送報復指令的能力。
人類第一艘核潛艇鸚鵡螺號和後來的海狼號（第二艘核潛艇）都進行過流星應急通信試驗。
流星尾跡出現時機不可琢磨，但只要耐心等待，總會到來。
借助尾跡的反射，美國的核反擊網絡能夠進行每秒28個字元的傳輸。
在3秒左右的時間內，80個字元的雙向傳輸完成。
這個信息，涵蓋有：核導彈發射目標坐標、發射密碼、空爆還是地爆模式選擇、單枚發射或齊射方式選取等。
小火箭算例：
4444010010317833330003521666788888888011
444401001031783333000352166678888888811
這40個字元，表示為：
4444：核反擊字頭
010：核反擊發射單元代號
01：南緯
031783333：
31.783333
也就是31° 47′ 0″ S
00：東經
035216667：
35.216667
也就是35° 13′ 0″ E
88888888:8位發射密碼
0：空爆
1：齊射
1：奇偶校驗位
只要流星尾跡能夠持續1.43秒，這條信息就能夠可靠發出。
而通常來說，大部分的流星尾跡，可用時長都超過8秒鐘。
核導彈發射單元甚至有時間來進行三次確認。
1959年6月，美國波音公司接美國海軍的科研訂單，成功實現了陸基和海基流星應急通信的試驗。
當時，波音公司在西雅圖海灘外906公里處，設置了一個浮標。該浮標有一個功率為593瓦的發射機，以50MHz的頻率，向外不間斷地發射信號。
當夜，適當的流星就出現了。
7個位於美國各地的接收站，當晚都收到了西雅圖浮標的信息。
這套系統，一直被美國航母編隊使用，成為應急情況下的最終通信手段。
何為應急情況？
答：太空中所有的軍用和民用通信衛星被摧毀；因為大量的核爆炸，地球電離層被撕扯，數日內都不能恢復無線電反射能力。
幸存的航母編隊將接替陸地指揮中心的職責，接管所有的戰略和戰術武器。
這套系統，屬於終極通信手段，且之前幾乎沒有媒體報導過。
在小火箭這裡出現，一是因為小火箭並非媒體，二是因為小火箭相信，這種技術，終究會在極為特殊的環境下，為人類所用，應對千年不遇的情況。
北約的歐洲司令部建有人類第四套流星應急通信系統。
和加拿大、蘇聯、美國的系統不同，北約歐洲司令部的系統，更加側重於多國之間的相互救援，而並不局限於本國之內。
德國、尼德蘭（原通用名為 荷蘭）、法國、意大利、英國和挪威這6個國家，由北約歐洲流星應急通信系統連接了起來。
這些國家所有的大型軍事基地和國家戰略儲備中心都有流星應急通信的收發設備。
能夠在最極端的情況下，祈福流星，希望流星的尾跡能夠把求救和施救的信號傳輸出去。
伍
一套民用
按小火箭第二定律：和平保障了科學的誕生，戰爭則促進了技術的發展。而這些技術，終究還是能夠提升人類的生存能力和生活水準。
上世紀70年代和80年代，正是美蘇的核力量加速建設的時期，而應對核大戰的流星應急通信系統，則在民用領域找到了她的舞台。
上世紀60年代，美國核彈頭數量是蘇聯的5倍。
後來，蘇聯開足馬力生產，並終於在1974年實現反超，無論從總當量還是總數量方面，都成為了世界第一核大國。
然後，美國開始研究洲際彈道導彈的作戰和突防效能，最終誕生了像和平衛士洲際彈道導彈這樣的滅國武器。
上圖為一枚和平衛士洲際彈道導彈的10枚子彈頭再入大氣時的實拍場景（隻抓拍到了其中8枚）。
和平衛士洲際彈道導彈的每一枚子彈頭都可以分導獨立打擊目標，單枚子彈頭當量相當於廣島原子彈的25倍。
這一枚和平衛士洲際彈道導彈，按12枚子彈頭的最大攜帶量，其總當量相當於300枚廣島原子彈。
像這樣的導彈，當時在1986年一年，就部署了50枚。
和平衛士洲際彈道導彈，不出意料，同樣接入了北美流星應急通信網絡。
而相關的技術，更多地，則是用在了阿拉斯加和涵蓋北美其他地方的積雪監測系統。
1974年，由美國國家地質勘探局發起，美國工程兵聯合會、美國聯邦航空管理局FAA、土地管理局、國家海洋和天氣中心等部門跟進，隨後美國農業部大力資助的項目誕生了。
這個流星通信項目，覆蓋了包括阿拉斯加州在內的美國北部11個州。
上圖為該項目的一個基地台。上圖左側的，就是流星通信專用天線。
該天線的環狀布局設計，能夠照顧到所見天區各個方向的流星。
嗯，孤獨的天線，照顧著滿天星辰。
她能夠為科學考察人員播送氣象信息，同時能夠把數百個網點的傳感器數據通過流星尾跡，傳給美國國家數據中心。
到1984年，這個民用流星通信網絡和美國核反擊網絡聯網，成為覆蓋北美三分之二範圍的大型流星通信網絡。
數據中心，由13個擴充為31個。
後來，流星通信系統的掩埋式天線研製成功，貼地鋪設，大部分掩藏在地下的天線，能夠在台風、核爆炸等環境中幸存。
隨著太陽能技術的發展，這樣的流星通信基地台，不再像蘇聯燈塔那樣依賴小型核電池了。
不過，這樣的電池板需要有志願者或者工作人員定期清理積雪。
這樣的流星應急通信系統的獨立站點，目前在北美仍保留有805個。
以上的積雪情況每10分鐘刷新一次的數據系統，805個基地台到數據中心的信號傳輸，就是不依賴於衛星，也不依賴於光纖或者2G、4G信號和地面無線電中繼，而全靠流星尾跡進行的。
陸
流星通信學-小火箭
流星應急通信，在第二次世界大戰期間有了雛形，在冷戰的核平衡中，各大國默默發展，一直以來，都是大國最後一張王牌。
因此，幾十年來，知道這項技術的人，是極少的。
而且，後來有了衛星通信和海底電纜光纖，人類獲取信息的手段開始多樣化，就更沒人去探究這幾十年前的黑科技了。
但是，作為人類的頂級工程師群體，小火箭聯合會有責任向有志於為人類做貢獻的人傳播和教授相應的技術，以便大家團結起來應對這個紛繁變換，不確定因素過多的世界。
該章節將會講述流星傳輸技術的一些細節。
數量
按小時候的經驗，流星往往是一閃而過的，而且並不是每次抬頭都會有那麽一顆絢麗的流星劃過。
那麽，天上的流星數量足夠支撐起整個流星通信系統麽？
答：足夠。
上圖為2012年10月17日觀測到的流星體現象。
每天（24小時），地球會迎來大於50噸的流星體的撞擊。
這些流星體，有天然的，也有人造的，有大也有小。
平均來說，每天有2500萬個流星體劃過天空。
很多肉眼看不到的流星體，其產生的尾跡，依然具備反射能力。
這是一顆直徑大約為1厘米的英仙座流星體進入地球大氣層產生的尾跡。
攝於2019年8月14日。
流星體在地球大氣層內完全燃盡，而尾部留下的電離尾跡，則持續了數秒（即使是在可見光頻段，也有將近1秒）。
直徑1厘米的流星體，就足夠通信所用了。
當然，對於流星通信來說，越大的流星體，就能產生越持久越寬闊的尾跡。
不過，大小也得也有個限度，太大了容易出事情。嗯。。。6500萬年前的恐龍就是這麽沒的。
高度
流星體與地球稠密大氣劇烈摩擦，產生尾跡。
這個尾跡高度，和地球稠密大氣高度相關，同時也和流星體的統計大小有關。
距離地面越近，大氣越稠密，但是90%以上的流星體在進入8萬米高空以前就燃盡了。
適合於流星通信的流星尾跡層，位於地面以上80公里到120公里之間，也就是恰好處於卡門線上下20公里的航空與航天的分界層。
了解了適合的高度，就方便設計流星通信系統的布局和天線了。
速度
流星體闖入地球大氣的角度和速度，各不相同。
地球繞太陽公轉，有一個29.79公里/秒的線速度。地球自轉，也有一定的線速度（在赤道上465.1米/秒，超過當地聲速）。
那麽，根據流星體進入地球引力範圍的情況，其與地球的相對速度大小，也就有了巨大的差別。
一般來說，流星體的速度，最小的在7公里/秒；最大能夠達到80公里/秒。
時機
每天，都有大量流星劃過。
而流星通信的最佳時機是什麽時候呢？
答：當地時間的凌晨6點。
因地球繞太陽的公轉和地球自轉的共同作用，地球在當地的清晨時刻迎來星際物質大收獲的時刻，而在當地的日落十分迎來緩和期。
在傍晚或地球的後緣，流星體必須趕上地球的大氣層才能形成流星，而且相對速度往往較小。而在早晨的一面或地球的前緣，流星體可能與大氣正面碰撞並趨於快速移動。
是的，小火箭期望在今後的傍晚，好友們看到慢悠悠運動的流星的時候，能夠記起我。
通常來說，當地時刻凌晨6點的流星尾跡數量，是當地時刻傍晚18點的流星尾跡的3.8倍。
全天流星尾跡密度，按正弦規律分布，極大值出現在06:00，極小值出現在18:00。
另外，流星尾跡的數量分布，有季節周期。
對於北半球來說，每年的7月下旬為極大值出現的時期，每年的2月上旬為極小值出現的時期，這個極大值和極小值的比值，同樣是3.8。
當然，在期間，還會夾雜一些絕妙的流星雨和流星暴雨時期。
這個是有時刻表的，不再贅述。
距離
上圖為2012年的一顆流星。
流星通信系統，發送方和接收方的最佳距離範圍是多少呢？
答：在400公里到1250公里之間是很好的。
這是怎麽計算出來的？
答：地球電離層中的D層會大量吸收信號，而且再高的話，宇宙背景噪聲太強；再低的話，來自地面的干擾太多，而且流星體往往撐不到這個高度就燃盡了。
按60°到80°最優反射角的考慮，為400公里到2000公里之間。
但是，地球是圓的，大量信號會因地球的曲率形成交叉干擾，因此這就限制了實用的流星通信的距離。
綜合考慮，400公里到1250公里之間是比較理想的距離範圍。
具體的計算過程和流星通信系統發射機和接收機的框圖，見上圖。製圖：小火箭 邢強。
頻率
流星尾跡反射信號的峰值功率，以其工作頻率的三次方成反比，平均時間長度和工作頻率的平方成反比。
小火箭建議的流星應急通信系統的工作頻率為30MHz到50MHz之間。
部署
這樣的話，架設一個15米高的天線杆，然後頂部用八木天線陣列，取主波瓣半功率角0.0795弧度，工作頻率取40.5MHz的話，我們就能夠搭建一個流星應急通信系統了。
取北京到上海之間的緯度均值，建議天線做一個6.82°到6.93°之間的仰角。
再取漠河和三沙群島的緯度。
18個基點陣列，就足夠保證覆蓋全國的應急通信系統使用了。
經計算，單個基點，在100公里高度流星尾跡的反射下，能夠滿足半徑1367公里的理論覆蓋，滿足1250公里的工程實用覆蓋。
也就是說，在北京和上海各自建設一個收發雙用站的話，可以不借助任何衛星和光纖，實現雙向通信。
注：北京到上海的高速公路距離為1262公里，開車大概需要17小時13分鐘。
北京到漠河，大圓距離1584公里，需要在685.2公里處的沈陽設立節點站。
另外，考慮到南海廣袤海域，需要在海口市設立節點站，歸上海中樞站管理。
曾母暗沙到海口的距離是1789.2公里，於是最好在三沙市建設一個二級節點站。
（三沙市中心距離海口413.1公里，距離北京2590.6公里，可通過上海和廣州的關口站中繼。）
西安、喀什、嘉峪關、成都和騰衝的幾個關口站的情況，略。
帶寬
上圖為阿塔卡瑪巨型射電望遠鏡陣列上方的一顆流星。
有關該望遠鏡陣列，詳見小火箭的公號報告《地球之眼！圖說人類最大的毫米波天文望遠鏡陣列》。
流星尾跡的直徑從1米到100米不等，長度從20公里到100公里不等。
不過，在30MHz到50MHz的最優頻率確定之後，咱們可以確定帶寬了。
通常來說，全雙工工作的帶寬，為8Kb/s。
嗯，這是什麽概念？
上點兒年紀的小火箭讀者，大概還記得有一種信息傳輸的方式叫做：短信。
基本上就是短信那樣的體驗。
超級帶寬的流星傳輸系統，能夠直接傳輸高精度GPS坐標和聲音、圖像乃至詳細作戰態勢報告。
這種在北半球每年的夏季能夠達到每秒數千比特速率的流星通信技術，目前還僅有美國的國防高等研究計劃局DARPA掌握。
小火箭作為航空航天領域頂級工程師代表，只見證過該系統的收發測試過程，但其技術細節未知。
該系統，目前用於美國唯一在役的陸基洲際彈道導彈的全系統管理。
上圖為民兵3型洲際彈道導彈的發射控制面板。
上上圖為民兵3洲際彈道導彈的運輸車，嗯，最經典的擎天柱原型。
每一輛運輸車的坐標和速度信息，每一枚彈的狀態，都能夠通過流星通信系統管理，而不依賴於任何一顆通信衛星或者任何一條光纖。
目前的北約歐洲司令部的流星應急通信系統，信息傳輸速率為每分鐘1700字元。（每秒28個字元）
中國在上世紀70年代開始曾經嘗試研究流星應急系統。
但是，我國起步的時候，正值衛星通信技術快速發展的時期。
咱們集中力量發展衛星技術，也就沒能好好琢磨流星技術。
到了後來，地面的電纜和光纖技術突飛猛進，我國也就把重點放在了地面。
不過，中國還是和其他國家進行了相應的合作，此項技術不至於是一片空白。
比如，中國的南極中山站和日本的南極昭和站之間，就有一條流星應急通信鏈路。
優勢
為什麽小火箭今日提出了流星應急通信系統？
答：在不確定因素越來越多的時候，我們不能夠因為衛星通信系統和地面短波通信系統的快速發展，而忘記流星這項終極技術。
目前，除了易損性極強的互聯網之外，軍事和民用應急通信，常用的有衛星通信和短波通信兩種。
衛星通信，傳輸穩定、快速、可靠，傳輸距離遠，覆蓋範圍大，帶寬足，質量好。
但是，一旦衛星被摧毀，或者被干擾，那就沒轍了。
短波通信，歷史悠久，靈活方便，接收方可以大量部署（有台收音機就夠了）。
但是，短波通信，依賴的是地球電離層的反射。
一旦太陽風或者太陽黑子的狀態有所波動，通信質量就會大受影響。
另外，一旦爆發核大戰，高空爆炸的核彈會連帶撕碎附近的電離層。一顆500萬噸當量的核彈頭的空爆，能讓附近數百公里的電離層失去可靠反射能力長達一周時間。
即使是小當量的核彈，也會讓電離層受數小時的驚擾。更何況會有專門破壞當地電磁環境的武器。
因此，衛星通信和短波通信，都不具備大戰情況下的可靠生存性。
流星通信，則有這樣的好處：
第一，抗攔截。流星是自然天體，具備極強的生存性，幾乎不能夠被攔截。
直徑為厘米量級的流星，就能夠產生足夠的通信能力。而目前的防空反導導彈，不具備攔截成千上萬顆幾厘米直徑的流星體的能力。
說實在的，就算億萬年過去，衛星和短波這些人造物體早已湮滅在塵埃中，流星體也照舊大量湧入地球大氣。
第二，抗核爆。流星的通信反射能力是自帶的，不依賴於電離層。
流星反射，是電離化的尾跡自帶的屬性。在核爆炸摧毀電離層之後，傳統的短波通信將無從借力。而針對流星尾跡設計的通信系統，則能夠照常工作。（實際上效果還會更好一些）
第三，抗干擾。流星的出現是突發的，位置不定。
干擾機難以預判方向進行壓製。在1000多公里範圍內進行全向全頻壓製，是目前人類技術水準難以持續做到的。
第四，抗偵聽。流星尾跡持續只有幾秒到十幾秒。
除非偵聽設備預先調整為和發射方相同的頻率並且隨時偵聽，否則很難及時截獲完整信息。
第五，抗地形。流星通信的空間跨度超越1000公里。
流星尾跡的高度為80公里到120公里，發射方和接收方，只要能夠抬頭看到同一顆星，就能夠實現雙向通信，不受高山大河的影響。
第六，抗預算。流星通信系統的建設成本和維護成本遠低於衛星通信和短波通信。
第七，抗入侵。流星通信系統的發射端和接收端，可以不連入任何互聯網和衛星通信網，僅在流星出現的幾秒內開機互聯，且終端機在千里之外，除流星尾跡之外，中間沒有任何其他環節，一般黑客難以下手。
這七大優勢，是小火箭推薦流星通信系統的主要原因。
流星通信，具備突發性、不可預測性和間歇性的特點。
這些特點，在即時通信領域，是巨大的缺點。
（平均每10分鐘才能等來8秒鐘的通信機會）
但是，對於其他一切手段都沒有了，而卻要發出求助求援信號的人們來說，流星通信技術是大自然給人類的一種饋贈，是在極端情況下的終極技術手段。
流星通信系統，誕生和發展於戰爭年代，而小火箭則一直希望該技術終究能夠幫助人類防災減災。
上圖為30秒的持續曝光，攝於2016年8月12日。
在西弗吉尼亞州的雲杉樹林上空，每年的英仙座流星雨如期而至，流星劃過天空，留下一條祈福人間的尾跡。
2011年8月，國際空間站遠征28號團隊，拍攝到了流星。
安裝在國際空間站上的流星觀測和統計設備，這些年來，一直在觀測著飛向地球的流星體的情況。
流星通信系統，如果作為即時通信工具，那是會急壞個人的。
試想一下，每天蹲守流星，在傍晚，每小時大概能夠收發6條短信。在清晨，每小時大概能夠收發20條短信。
這對於微信時代的人類來說，
太難了。
但是，到了特殊的情況下，能夠保證每隔10分鐘就有一條關鍵信息從上海或者其他地方傳到北京，或者全國各地的相關情況，能夠每10分鐘就得到更新，這就，
太好了。
而且該系統是不需要衛星和短波系統的任何支持的，並且是難以干擾和攔截的，即使是核大戰爆發，也能夠做到遠隔千里的人們能夠相互溝通。
流星通信技術，雛形誕生於第二次世界大戰，在冷戰的核對抗時代崛起，隨著衛星通信和短波通信的發展而逐漸沉寂。
小火箭希望我們重新重視起這項技術，為了國家的應急系統建設和全人類攜手對抗世間的種種不確定而共同努力！
另祝：一切會好起來！
全文結束，感謝大家！
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