过往匆匆的信使

陈芳烈

小小的流星到底是何方“神圣”呢？现在我们已经知道，它们来自火星和木星轨道之间的小行星带，以及彗尾物质，或是宇宙尘埃。这些位于宇宙空间的被称为流星体的小颗粒，在落入地球大气层时，由于与大气分子发生剧烈摩擦而燃烧发光。当美丽的流星划过静寂的夜空时，你可否知道，它或许正在为完成人类所赋予的光荣使命而燃尽了自己，奉献了一生呢？

什么是流星余迹

应该说明的一点是，不是所有进入大气层的宇宙颗粒与微小尘埃都能形成流星。速度太慢、无法与大气分子摩擦而产生电离的，以及体积过大、进入大气层概率很低的宇宙颗粒，都不能形成流星。一般来说，我们把质量在10-7～103克、半径在20微米到4厘米之间的宇宙颗粒称为流星体。

流星体在以高速进入地球大气层后，会与大气分子和原子发生剧烈碰撞而产生高温，这使得从流星体中蒸发出众多原子，它们的速度很快，具有相当大的能量，在与周围空气的分子和原子相碰撞时，产生了电离现象。也就是说，流星体和空气中的中性分子和原子被分离为正离子和电子，同时伴随着强烈的发热、发光现象。于是，我们便可在地面上观察到“流星余迹”。

上述电离过程以及发光、发热的现象，只有当流星体穿越空气密度达到一定程度的大气层时才会发生，因此流星余迹多见于80～120千米高空。在流星体穿越这段空间时，会发光、发热形成细长的圆柱状电离尾迹——流星余迹。流星余迹平均长度约为25千米，最长可达50千米。

根据流星强度和密度的不同，它可以分为偶发流星、火流星和流星雨。偶发流星是单个出现的流星，它的出现具有不可预测性，在方向和出现时间上也都具有随机性，但它数目众多，是后面我们将要讲到的实现流星余迹通信的主力。火流星是偶发流星中体积较大、在进入大气后能发出像火龙般耀眼光芒的流星；流星雨即成群的流星，来源于彗星流星体。与偶发流星相比，它的出现机会较少，因而不可能成为流星余迹通信的主力。

稍纵即逝的“信使”

流星能够反射无线电波的特性是1910年首次被发现的。虽然那时人们对其机理还没有搞得十分清楚，但却使人们想到利用它进行远距离通信的可能性。

在经过深入研究后人们发现，流星的确能为人类传递信息。这是由于流星在进入大气层时因摩擦而发出大量的光和热，它促使从流星体飞出的原子与空气中的分子和原子碰撞，产生电离现象，形成了一条柱形的电离云，即流星余迹。这种电离云具有能反射无线电波的特性。如果某地面无线电发射站对准流星余迹发射无线电波，那么经它反射的无线电信号就会被远方的无线电接收站所接收，通信就此建立。

可能有人会提出这样的疑问：流星不常看见，靠流星余迹来通信靠得住吗？其实，据天文观测，宇宙空间每天约有几十亿个（而不是几个）流星像雨一样掠过天空，最后坠落在地球大气层里。这一事实便使流星余迹通信成为可能。尽管每小时都有上亿个流星可以反射无线电波，担负起建立两地间通信的任务，但是，流星毕竟瞬息即逝，不适宜进行需要连续传递信息的话音通信，而比较适合于进行可以断续进行的通信。例如，一些气候和环境条件十分恶劣的气象站，不仅不便架设电话线，就连一般无线电装置也受气候影响而一筹莫展，它收集的气象数据便可以通过流星余迹通信传送到千里之外的气象专家手里。发射信息的一方通过无线电发射机把要发的信息一份一份地发送出去后，经过流星余迹的反射，被接收方的无线电接收机一份一份地接收下来，然后变换成连续的信息。

远程通信方式比较

通信距离超过500千米的远程通信，主要有卫星通信、短波通信和流星余迹通信。这3种方式各有特点。

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。它具有覆盖面积大、传输距离远、频带宽、容量大、灵活机动以及通信质量好等一系列优点，是目前担负洲际通信和全球电视转播的主力。但它的抗干扰能力、抗摧毁能力都较弱，且建设和维护费用较高。

短波通信是利用电离层所具有的反射电波的特性来实现远距离通信。它具有投资少、组网灵活、应变能力强等优点。但它易受太阳风、太阳黑子活动等自然因素的影响，也难以承受核爆炸条件下电离层受到破坏对通信造成的严重影响。

流星余迹通信利用的是“自然卫星”——流星，不仅具有投资少、运营费用低的特点，还不受外界恶劣条件的影响，具有抗干扰、抗摧毁的特点，即便发生核战争，它也能很快恢复通信。然而，流星的突发性和间歇性也限制了它在实时通信场合的应用，而在应急通信领域，它却是游刃有余。

上面讲到，由于流星余迹具有突发、间歇的性质，因而流星余迹通信比较适合于小容量、无实时要求的场合。但流星余迹通信也有它的非凡个性，如具有大跨距、抗干扰、抗核爆、低截获的特性。这使得它在现代战争条件下，当指挥控制通信系统受到物理和电子攻击时，成为保证最低限度应急通信的重要手段。特别是一旦爆发核战争，各种常规通信手段都受到严重破坏的情况下，流星余迹通信就会发挥它独特的优势。

在民用方面，应急通信正在成为全球关注的焦点。从“9·11”等恐怖袭击，到印度洋海啸、汶川地震等突如其来的自然灾害，无不显示建立应急通信系统的重要性，而流星余迹通信作为卫星通信的补充，可以在地面通信系统全部失灵的情况下发挥其重大作用。它还可以用于远程监视、数据采集、自然灾害预警、远洋运输管理、防汛指挥、气象预报、极地和无人区通信以及孤岛灯塔自动控制等场合。

流星余迹的应用突显了人类的智慧。相信在不断的技术完善中，流星余迹通信将会为人类做出更多的贡献。

流星余迹通信的百年历程

流星余迹通信从发现、发展到今天，已经整整走过百年的历程。

早在1910年，当哈雷彗星的彗尾经过地球时，就有一个叫皮卡德的美国人尝试向流星雨发送信号，希望通过众多流星雨的反射，在马萨诸塞州接收到反射信号。可惜，由于当时的流星雨太小，没有得到有价值的结果。但这次试验却说明，人们已经开始关注流星余迹的特殊功能，探索利用流星余迹进行通信的可能性。

1921年，美国一家名为“长波传输局”的机构在进行电波观测试验时，意外地发现流星群的出现与电波的接收之间存在明显的关系。随后，便有一些讨论实现流星余迹通信可能性的论文发表，但大都是建立在镜面反射的原理基础上的，并未揭示流星反射电波的实质。

不过，流星余迹可行性一经提出，便推动世界各国投入大量人力、物力进行深入的观测和研究活动。1935年，美国人斯科莱特发现了流星余迹内电子受激产生振荡而反射电波的通信机理，从而揭示了流星余迹通信的本质。这使得对于这种新的通信方式的研究达到一个新的高度。

在第二次世界大战期间，流星余迹通信在战争中的独特优势，也进一步推动了对它的研究。据说，在战争中英国的超高频雷达曾利用流星余迹对电波的反射，成功地完成了对德国V2导弹的辅助识别。

20世纪五六十年代，流星余迹通信的研究进入了活跃期。在这个阶段，不仅深入地进行有关流星余迹通信的理论研究，还搭建了若干实际通信系统。1953年，加拿大国防部完成的流星余迹突发系统，堪称国外最早建成的流星余迹通信系统，是验证流星通信可行性的里程碑。在这个阶段，美国空军剑桥研究中心通过实验证实了流星余迹通信可应用于移动目标；美国波音公司也取得了在陆地和海上进行这类通信的初步成果。

经历了一段沉寂期之后，20世纪80年代，由于理论的成熟，技术和设备的进步，在一系列事件的激励下，流星余迹通信又大步向前了。美军将其列为新的战略通信手段，俄罗斯、日本等国也都加大了这方面的研究力度。20世纪90年代，基于各国的研究成果，建立了3种典型的流星余迹通信模型，使流星余迹通信的研究和实际应用又迈出了历史性的一步。我国早在20世纪70年代便着手建立第一代流星余迹通信系统，并在这方面始终与国际的最新进展保持同步。

【责任编辑】庞 云endprint