主页(http://www.pttcn.net):《流浪地球》中的信息通信工作浅析 2019年,基于科幻小说作家刘慈欣原著改编的国产科幻大片《流浪地球》横空出世,开启了中国科幻电影元年,在2020年院线疫情复工后又被列为第一批重新上映的影片,总票房达46亿。片中展现了因地球偏离行进轨道,一支突击小队奉命完成行星发动机启动装置“火石”运送任务的主线故事,其中硬核的科技设置与丰富的宇宙空间知识让科幻迷们振奋不已,笔者试图从信息化建设及通信保障角度去解析此部电影,惊讶地发现:此次解救地球突破“洛希极限”走出“木星危机”,本质上是信息通信工作的全面胜利。 一、 通信环境 电磁波在星球上的传播,大体上可分为天波,地波,空间波,外层空间微波几种方式,依据频率的增加,波长减小,直线传播力减弱。 电磁波类型 普通手持对讲机工作在VHF130-170MHz,UHF300-500MHz频段,可以达到城域范围内通信; 而使用0-30MHZ短波频段,在天线调谐与功率放大情况下,经过电离层的多次折射,可以实现全球范围内的通信。 电磁波传输示意 影片中地球停转,偏离原有的太阳系轨道,地表温度降到零下80度,人类被迫移居地下5公里的地下城。电离层消失,导致天波通讯失效;海平面上升,地表原有的基础通信设施全部故障;在轨同步卫星在经过行星带时坠毁全部失效,原有的卫星通讯,全球定位系统失效,因此人类制造了领航员国际空间站作为领航与通信中继卫星伴随保障。 领航员国际空间站 二、 通信方式 根据分析,需要实现的是地下城与地下城,地下城内部,地下城与地面,地面与领航员空间站,民用、军用车辆之间,单兵与车辆,单兵与单兵的通信联络。 《流浪地球》通信方式示意图 车载两种型号短波电台,分别是工作在短波频段的艾可幕IC7200与工作在UV频段的拓鹏TP780,兼顾覆盖了所有通讯频段。 车载通信设备 单兵使用VHF与UHF实现近距离通联,远距离通过车载转信台进行中继,超远距离采用宏基站进行中继,开辟军用加密信道与民用信道,设置总调度台。先进的数字制式能够实现用户身份识别,便捷呼叫,人员定位,状态信息发送功能。单兵通讯系统按一下,两下,三下分别对应群呼、组呼、单呼三种模式。 通信器材操作 从电影画面看到队员并没有使用入耳式的耳机,因此很可能使用的是战术型“骨传导”耳机,安全舒适牢固,不占用耳道,不影响听取环境音。 骨传导耳机 操作员使用5G频段对无人机进行远程控制与高清图像实时传输,传输距离可达80公里,一个手持遥控器不能达到如此远的距离,从运兵车车顶天线与电影设定分析,车顶应设置有双工器与功率放大器。 无人机控制器 行星发动机依山而建,高度在8公里至11公里,以此高度架设天线传输效率很高,作为宏基站组成蜂窝网络。在冰天雪地,断层严重的地面铺设光缆困难重重且不利于维护,所以宏基站之间不能采用传统光揽进行连接,更有可能使用微波进行组网,以多频并发的技术形式提升带宽。宏基站敷设5公里的光缆垂直到地下城,实现地面与地下城的通信,地下城内部采用微基站分布架设,为城内个体移动终端之间的通信提供服务保障。 微波中继塔 领航员号与地面使用2.4GHz微波频段进行空间通讯,带宽大,传输效率高。预留了高权限的全球广播信道,而电影中也正是刘培强中校在最后紧急关头申请为韩朵朵开启了预留的全球广播信道,为凝聚救援力量起到了关键作用。 接通全球广播 刘培强中校在空间站直接用私人信道与驾驶运载车的韩子昂建链通话,车辆与领航员号的通信,可以用两种方式实现,一种是使用“动中通”天线结合功率放大装置,使用微波频段直接与领航员号通联,一种是用VHF与UHF频段接入到最近的宏基站,由宏基站微波接力转信与领航员号实现通联。无线通信由于环境的不可控因素,至少要保证两种以上通联方式,以上两种通联方式都应该存在。 接通私人频道 领航员国际空间站具有导航,预警,通信保障功能,具有不可替代性,爆炸之后只能再造一颗进行部署。 刘培强驾驶领航员空间站自毁 三、 几点启示 1.处于零下84度低温下的各类电子设备均能正常工作,说明电子元件能在温差巨大的工况下工作,半导体技术取得了大幅进展;电池技术取得了突破,不仅大幅提高了能质比,也解决了低温条件下电池能效低活性差的问题。 地表温度 2.点燃木星,跳线镜头。老王提醒需要采用“硬件辅助”的方式进行破解。加载“春节十二响”破解程序实质上是给发动机的底层ROM重新安装驱动程序,就是通常所说的“刷新固件”,固件作为硬件设备的基础引导程序,对稳定性要求极高,因此刷新时都要通过专门设置的按钮或者跳线进行刷新,并有相应的操作指示图(电影中的应急对应表),防止误操作。 加载发动机破解程序 3、刘慈欣本人曾是计算机工程师,有很强的科学素养,写过号称《三体》前传的《球状闪电》,而读过他《全频带阻塞干扰》这一本书时,我恍然大悟,原来大刘是位通信专业的隐藏人物。P.S.最新消息《全频带阻塞干扰》也将被拍成电影,非常期待。 全频带阻塞干扰 四、 军事彩蛋 1、空间站俄罗斯宇航员祝贺刘培强服役期满,将一瓶珍藏的伏特加白酒递给刘培强中校时被婉拒,露出惊讶的眼神,怎么也想不到他会挥手拒绝。 刘培强拒酒 这正说明2073年禁酒令依然深入军心,值班期间不饮酒,即便明天就退休,刘中校乃作风优良纪律过硬典范! 禁酒令 2、电影的最后,刘启乘坐电梯时,特写镜头显示其佩戴一枚空军胸标,这与刘培强放在空间站的那枚一样。 空军胸标 参照《军人抚恤优待条例》,刘培强属因公牺牲,刘启是被优先批准入伍的。 抚恤优待条例 (中国集群通信网 | 责任编辑:李俊勇) |