外太空執行任務的航天器怎麼跟地球通信？

11-30

在近地軌道、在繞月軌道、在月球表面、在火星上，在更遠的深空，分別是怎麼跟地球通信的？具體技術上如何實現？不同方案的特點是什麼？有沒有通用有效又快速的雙向通訊方式？

跟航天器通信主要工作是遙測、遙控、通信,簡稱TTC。行內通稱為測控。
測控主要通過大功率天線(長得很像雷達)與航天器進行信號傳遞。中低軌測控一般的天線就可以了。探月屬於深空探測第一步，所以也納入深空探測。現在深空探測主要手段就是增加天線增益、提高通信頻率、降低雜訊。增加增益除了通過增大天線面積外還可以通過天線組網來達到小天線大增益的目的。提高頻率就是由c波段升到s波段，再升到x波段，最高是ka波段，更高的國內還沒有。另外最近還有光學設備可以對航天器進行測軌。
由於每個天線的覆蓋範圍有限需要在全球布站，實在不能布站(比如被美帝炸了)，還有遠洋測量船進行彌補。總之我國的覆蓋率還很低，基本到了地球對面就沒有測控站了。現在又有了中繼衛星測控。中繼衛星一般位於地球同步軌道，對航天器的信號中繼後轉發回地面測控站。北斗(也屬於中繼衛星一種)的作用是對中低軌衛星進行遙測。中繼衛星對測控船的替代作用很強，可以減少科研人員的工作任務，減少出海次數，並極大提高測控覆蓋率。
通信的制式有標準TTC,拓頻TTC…

這個問題回答起來有心無力，因為我給研究生開一門課，叫做《航天器通信》，正在寫一本同名的書。
@Norman Karma 的回答挺不錯，對於想簡單了解的朋友足夠了。
建議真正有興趣的話，去買一本衛星通信的教材來看。

簡單回答一下思路：
首先要區分通信，航天器與地面的通信一般分為遙測遙控通信和數據通信兩種，具體的實現方式和體制差別較大。
其次要區分航天器：近地軌道的遙感衛星、高軌的通信廣播衛星、深空探測器，由於任務不同，和地球的距離不同，通信方式和實現上差別也很大。
其實說白了和地球上的無線電通信差不多，只不過把收發信息的一段搬到了太空中，要解決的問題就是距離特別遠、航天器功率一般不會太大、地球大氣層對無線電的吸收效應、延遲長等等特殊的問題。

外太空執行任務的航天器怎麼跟地球通信?這個問題範圍太大了。
在太空通信最難的問題就是距離太遠，接收到的信號功率太弱。太空輻射很強，信號的信噪比太低。根據香濃定律，通信速率很低。通信距離從幾千公理到幾個天文距離。具體不同，應用不同，選用的方式就不一樣。
最近看了一點衛星激光通信的東西。激光通信是未來太空通信的一個趨勢之一。電磁波在傳播的過程中，難以避免發散的問題。可以看到波長越大，發散問題越嚴重，目標接收到的信號越弱。所以激光的波長段，光束髮散小，相對而言接收到的信號強一點。

高頻電磁波

外太空的通信真心的不了解，不過大概知道一點，都是高頻電磁波，高增益的定向天線實現信息的交換，電磁波速度很快，電波的速度30萬公里每秒，距離幾百萬公里才一二十秒鐘就傳回來了，可以實現交互通信