在美國發(fā)展載人航天的早期，載人飛船和地面的語音與遙測信號是通過超高頻（UHF）和甚高頻（VHF）系統(tǒng)發(fā)送接收的，而對飛船的跟蹤則由地面雷達(dá)使用C波段信標(biāo)實(shí)現(xiàn)的。由于阿波羅飛船將飛向38萬千米外的深空，如果船載通信設(shè)備還是各搞一套，勢必要在飛船上疊床架屋安裝很多儀器，這既提高了通信系統(tǒng)的復(fù)雜度，也與阿波羅飛船千方百計(jì)減重的大目標(biāo)背道而馳，1962年，NASA的通信工程師們決定采納麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的建議，用單個集成通信和跟蹤系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)地面與阿波羅飛船的通信遙測和測距功能。這個系統(tǒng)因?yàn)槭褂昧藷o線電的S波段，后來被命名為“統(tǒng)一S波段”系統(tǒng)（我國航天測控網(wǎng)從90年代開始采用這一先進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)的測控體制，1999年5月10日發(fā)射的實(shí)踐五號衛(wèi)星是我國第一個采用統(tǒng)一S波段測控體制的航天器）。 阿波羅計(jì)劃中使用的這套通信系統(tǒng)的核心思想是雙重調(diào)制，具體方法是：地面把語音和數(shù)據(jù)信號先調(diào)制在副載波上，然后再復(fù)合上測距用的偽碼，用這個信號再對要發(fā)送的上行載波頻率進(jìn)行相位調(diào)制，進(jìn)而發(fā)射出去；接收到信號后，航天器從載波中提取副載波，并恢復(fù)成語音和命令數(shù)據(jù)，然后提取出測距偽碼，航天器要下發(fā)的語音和遙測數(shù)據(jù)同樣先調(diào)制到副載波上，然后復(fù)合先前提取出的測距偽碼，再對下行載波頻率進(jìn)行相位調(diào)制，然后發(fā)射回地球；航天器還可以對下行載波進(jìn)行頻率調(diào)制，以便傳輸電視信號或數(shù)據(jù)。

阿波羅計(jì)劃中下行鏈路的頻率范圍是2200 - 2290MHz，其中分配給指令勤務(wù)艙下行調(diào)相信號（可以傳輸測距碼）的頻率是2287.5MHz，下行調(diào)頻信號（可用于傳輸視頻，II型阿波羅飛船設(shè)計(jì)時加入）的頻率是2272.5MHz，分配給登月艙的下行頻率是2282.5MHz，分配給月球漫游車的下行頻率是2265.5MHz；上行鏈路的頻率范圍是2025-2120 MHz，其中分配給指令勤務(wù)艙的上行頻率是2106.40625MHz，分配給登月艙、月球車及S-IVB（土星5號第三級火箭或者土星1B的第二級火箭）的上行頻率均為2101.802083MHz。發(fā)射功率方面，地面發(fā)射功率是10千瓦，而阿波羅飛船上的發(fā)射功率是20瓦。 有報道稱蘇聯(lián)監(jiān)聽了這些上、下行信號 。

?登月艙下行鏈路通信帶寬初期設(shè)計(jì)是3MHz，其中1.25MHz分配給了語音通信，遙測信號分到了1.024MHz，剩余的通信需求只分到了700KHz。這種帶寬分配方案證明在阿波羅計(jì)劃的初期NASA并沒有認(rèn)真考慮向公眾進(jìn)行電視直播這件事，要知道當(dāng)時美國標(biāo)準(zhǔn)制式電視廣播信號所需帶寬約為4.5MHz，與上述帶寬分配方案中的剩余帶寬相差甚遠(yuǎn)。很多工程師甚至反對在阿波羅飛船內(nèi)配備攝像機(jī)，理由只有一個：為飛船減重。 最終NASA還是計(jì)劃在阿波羅指令艙里安裝電視攝像機(jī)，不過這種攝像機(jī)所占用通信帶寬必須限制在幾百KHz范圍之內(nèi)，當(dāng)時唯有50年代末問世的慢掃描電視技術(shù)能夠滿足條件。1962年，NASA為還處在設(shè)計(jì)階段的I型指令勤務(wù)艙內(nèi)使用的電視攝像機(jī)發(fā)出了招標(biāo)書，規(guī)定這種電視攝像機(jī)的主要技術(shù)規(guī)格為：黑白信號，幀率為10幀/秒，逐行掃描，320行掃描線，解析度為200行，信號帶寬500KHz。1964年NASA又決定這種電視攝像機(jī)必要時能達(dá)到解析度500行，當(dāng)然這時幀率可以降到0.625幀/秒，目的是能夠記錄和傳輸月面上某些實(shí)時的有科學(xué)意義的高分辨率畫面。雖然這時候已經(jīng)有了在登月艙上攜帶電視攝像機(jī)的意圖，但對大眾進(jìn)行電視直播依然不在NASA的考慮范圍之內(nèi)。 有陰謀論者質(zhì)疑稱，根據(jù)他們的所謂“熱力學(xué)計(jì)算”，人類無法在地面上接收到從月面?zhèn)骰氐囊曨l信號。實(shí)際計(jì)算一下就能知道這種說法是荒謬的。首先我們先了解一點(diǎn)基本的通信原理。一個點(diǎn)狀無線電信號源發(fā)出的無線電波在真空中傳播的時候是球面波，隨著通信距離的延長，接收到的信號強(qiáng)度會迅速衰減，這種信號強(qiáng)度的衰減叫做路徑損耗，具體衰減的程度由下面的公式可以估算： Ls=32.45+20lg(f)+20lg(d)，其中f為信號頻率，單位是MHz，d是傳輸距離，單位是千米。 阿波羅飛船用的是S波段，登月艙下行頻率近似值取2.2GHz，地月距離近似值取384000千米，代入后計(jì)算可知為衰減量約為211dB。阿波羅登月艙上的高增益天線是20dBi，地面接收站的64米天線的增益是59dBi（均為2GHz條件下），登月艙的發(fā)射功率是20瓦（即43dBm），可以計(jì)算出信號傳到地面接收站后的功率為43+20+59-211=-89dBm，而64米天線的信號接收閾值為-157dBm，接收這樣強(qiáng)度的信號是沒有任何問題的，即使用26米天線（增益約50dBi）也能夠收到。 陰謀論者或許會強(qiáng)辯，即便地面能收到信號，信道傳輸速度也不一定能達(dá)到傳輸視頻的標(biāo)準(zhǔn)。我們還可以通過計(jì)算來回答。還是先來學(xué)一點(diǎn)基本的通信原理。通信學(xué)上計(jì)算信道最高傳輸速度的公式是： C = W×log2(1+S/N)，其中W是帶寬，單位是Hz，S/N是信噪比，計(jì)算結(jié)果單位是bps。 阿波羅上的黑白攝像機(jī)占用帶寬是500KHz，就算信道信噪比是30dB（即S/N=1000，一般電話線的語音通話質(zhì)量），計(jì)算下來最高通信傳輸速率約為5000kbps，約合625kB/s，如果是數(shù)字信道，理論上講傳輸720*480的DVD畫質(zhì)的數(shù)字信號都可以，實(shí)際傳輸個200線黑白模擬電視信號當(dāng)然不在話下。 一共有兩家美國公司拿到了NASA的合同，一家是RCA（1962年拿到合同），另一家是西屋電氣（Westinghouse Electric，1964年拿到合同）。RCA生產(chǎn)的黑白SSTV用在了阿波羅7號和8號任務(wù)指令艙上，其感光元件為1英寸光導(dǎo)攝像管，功率為6.5瓦，質(zhì)量為2千克；后者生產(chǎn)的黑白SSTV用在阿波羅9號指令艙和11號登月艙上（此外作為阿波羅13號、14號、15號及16號這四個登月艙的備用攝像機(jī)），感光元件為1/2英寸的二次電子導(dǎo)電攝像管，功率6.5瓦，質(zhì)量為3.25千克，能提供兩種解析度的信號（200線@10 fps，500線@0.625 fps）。?

?因?yàn)镹ASA一開始并沒有計(jì)劃讓宇航員在月面上對大眾進(jìn)行電視直播，所以他們僅僅準(zhǔn)備讓登月宇航員帶上一部16mm電影攝像機(jī)和一定數(shù)量的彩色膠片，把月面上一些關(guān)鍵活動拍下來帶回地球沖洗并制作成記錄片。

但是很多人，特別是NASA內(nèi)部負(fù)責(zé)公共信息發(fā)布的那些人就感覺對于這么一次偉大的行動，用這樣的方式來記錄是過于吝嗇了。例如1964年4月，阿波羅辦公室副主任威廉·A·李就在給管理層的信中指出： 阿波羅計(jì)劃的一個[目標(biāo)]是以我們的太空實(shí)力給世界留下深刻印象?？梢栽O(shè)想首次登陸月球的嘗試將引起全世界的高度關(guān)注……文明世界里的很大一部分人將在電視機(jī)前搞清楚這次嘗試是成功還是失敗。（One [objective] of the Apollo Program is to impress the world withour space supremacy. It may be assumed that the first attempt to land on themoon will have generated a high degree of interest around the world. . . . Alarge portion of the civilized world will be at their TV sets wondering whetherthe attempt will succeed or fail.） 在這些人士的積極建言和努力下，1968年5月，NASA改變了主意，決心要把登月宇航員在月面上的活動直播到全世界。然而當(dāng)時美國標(biāo)準(zhǔn)電視信號是30幀/秒，隔行掃描，525行掃描線，此時阿波羅首次載人飛行已經(jīng)箭在弦上，根本不可能停下來等著合適的攝像機(jī)開發(fā)出來（1967年1月阿波羅1號悲劇性的大火之后，NASA考慮修改II型指令勤務(wù)艙的設(shè)計(jì)方案，順便給它增加了足以傳輸完整視頻信號的通信帶寬），所以NASA當(dāng)時最可行的做法就是把原定不公開的慢掃描電視信號公開給大眾傳媒。然而原始的慢掃描電視信號不能直接拿來進(jìn)行電視廣播，必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。NASA采用了一個機(jī)（bèn）智（zhǔo）而有效的辦法：地面收到的慢掃描電視信號分成兩路，一路傳輸?shù)揭粋€磁帶記錄裝置那里，保存在磁帶上，另一路傳輸?shù)綊呙柁D(zhuǎn)換器，也就是一臺10英寸的顯示屏上，在那里，一臺RCA公司的TK-22型電視攝像機(jī)的鏡頭對準(zhǔn)了這個顯示屏，用信號重復(fù)播放的辦法補(bǔ)足慢掃描電視信號和NTSC標(biāo)準(zhǔn)信號之間每秒相差的20幀，最終形成標(biāo)準(zhǔn)的無閃爍的NTSC信號，這個可以用來廣播的電視信號經(jīng)過休斯頓傳輸?shù)郊~約，然后廣播到全世界。用現(xiàn)在的眼光來看，經(jīng)過這種復(fù)雜轉(zhuǎn)換后的電視畫質(zhì)慘不忍睹，但在當(dāng)時已經(jīng)足夠轟動全球了。?

其中指令勤務(wù)艙尾部有一個吊臂頂端安裝了由四面0.79米拋物面天線組成的天線陣，叫做高增益天線（High-Gain Antenna，HGA），它裝在活動關(guān)節(jié)上，能夠自由轉(zhuǎn)動，并能夠像可調(diào)光手電筒一樣形成三種波束：寬波束，中波束和窄波束，依次收窄天線方向圖，使其聚集成更窄的波束，以便匯聚能量從而在更遙遠(yuǎn)的距離上與地面保持通信，指令勤務(wù)艙內(nèi)的電視信號主要通過這個天線發(fā)送到地球；在登月艙上升級上安裝了一副0.66米拋物面天線，用于對地面的大帶寬通信；阿波羅12號和阿波羅14號著陸后，宇航員在月面上架設(shè)了直徑約3米的拋物面天線，用于對地面的電視直播；從阿波羅15號開始，由于攜帶了月球漫游車，拋物面天線改為架設(shè)在月球車上，這樣就可以在遠(yuǎn)離登月艙的地方向地球傳輸電視信號了，不過由于天線只能手動調(diào)整方向，所以只能在月球車停下來之后才能把天線對準(zhǔn)地球，這時才能開始直播。?

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由于地月距離太過遙遠(yuǎn)，所以處在月球軌道距離上的航天器發(fā)出的信號傳播到地球上強(qiáng)度已經(jīng)非常微弱，這就影響到了傳輸速度，根據(jù)信息學(xué)里著名的香農(nóng)-哈特利定律，給定帶寬的情況下，信噪比越高，信道傳輸速度也就越高，而要提高信噪比，最簡單粗暴的辦法就是加大接收天線直徑

為此，NASA在原有三面26米直徑拋物面天線組成的深空網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，又引入了兩臺64米直徑的“大鍋”，一面是澳大利亞1961年建成的帕克斯（Parkes）射電望遠(yuǎn)鏡，一面是美國1966年建成的戈德斯通（Goldstone）射電望遠(yuǎn)鏡，從而把接收下行信號的靈敏度提高了8到10倍。正因?yàn)槿绱?，阿波羅11號登月后宇航員僅用登月艙上的拋物面天線就實(shí)現(xiàn)了月面直播，而不需要花費(fèi)時間架設(shè)大口徑可折疊拋物面天線。?

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?1968年10月，阿波羅7號乘員組首次攜帶RCA生產(chǎn)的黑白電視攝像機(jī)進(jìn)入近地軌道，但是由于宇航員們感冒后身體不適，情緒失控，與地面飛控人員發(fā)生了沖突，當(dāng)?shù)孛骘w控人員要求他們使用電視攝像機(jī)進(jìn)行第一次直播時，指令長沃利·休拉（Wally Schirra）拒絕了，不過在后來和地面關(guān)系緩和之后，直播還是進(jìn)行了。 由于這次飛行是繞地飛行，與單個地面站通信的時間有限，所以每次直播的時間都不長。宇航員們通過固定機(jī)位的艙內(nèi)電視攝像機(jī)向飛控中心和公眾展示了他們在軌生活，引起了公眾的極大興趣。這次直播使NASA獲得了艾美獎

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