天涯若比鄰之東方紅系列通信衛(wèi)星

曾翔龍

小彬和彤彤參加了世界航天署的航天活動(dòng)，而他們的同班同學(xué)雙胞胎兄妹華華和夏夏的寒假科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)則選擇跟隨航天實(shí)驗(yàn)室的阿T博士專(zhuān)門(mén)研究各種類(lèi)型的衛(wèi)星。在衛(wèi)星之旅開(kāi)始前，阿T博士問(wèn)他們：“你們知道什么是衛(wèi)星嗎？”華華搶答道：“圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的就叫作衛(wèi)星！”“錯(cuò)錯(cuò)錯(cuò)，圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的是行星，圍繞行星旋轉(zhuǎn)的才是衛(wèi)星！”夏夏趕快糾正了華華。阿T博士聽(tīng)后點(diǎn)了點(diǎn)頭，微笑著對(duì)他們說(shuō)：“我們這趟衛(wèi)星之旅，探秘的可不是你們所說(shuō)的這種‘天然衛(wèi)星，而是號(hào)稱(chēng)人類(lèi)太空之眼的‘人造衛(wèi)星！這可是迄今為止數(shù)量最多的一類(lèi)航天器?！甭?tīng)到這里，夏夏問(wèn)：“那么人造衛(wèi)星是如何進(jìn)入太空的呢？”阿T博士回答：“人造衛(wèi)星是‘乘坐太空飛行載具如運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)等進(jìn)入太空的，像天然衛(wèi)星一樣環(huán)繞地球或其他行星運(yùn)行?！薄澳俏覀冞@次要見(jiàn)的是哪一種衛(wèi)星呢？”華華迫不及待地問(wèn)道。阿T博士故作神秘地說(shuō)：“暫時(shí)保密！”

拜會(huì)太空郵局局長(zhǎng)

飛船載著三人來(lái)到了宇宙之中。透過(guò)舷窗，華華和夏夏看到了各種各樣的天體，當(dāng)然還有飄浮著的“垃圾”。哪個(gè)才是此行要拜訪的神秘大咖？兄妹倆一臉疑惑地癡望著窗外的星辰。阿T博士仿佛看出了兄妹倆的疑惑：“別急，我們要拜訪的大咖一般住在很高的地方?！庇诛w了很久，他們老遠(yuǎn)便看到一個(gè)奇怪的“胖子”，它一會(huì)兒朝著一個(gè)方向聽(tīng)著什么，一會(huì)兒又朝著另一個(gè)方向喊著什么，可忙碌呢！走下飛船，阿T博士迫不及待地給他倆介紹：“這是東方紅先生，是這一片天區(qū)的郵局局長(zhǎng)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)傳送地面的各種無(wú)線電信號(hào)。華華感嘆道：“太空還有郵差？”東方紅先生哈哈大笑起來(lái)。阿T博士解釋道：“太空郵差就是一顆顆通信衛(wèi)星呀，它們?cè)谔罩袨榈孛嫔系娜祟?lèi)傳遞信息，是不是就像從前送信的郵差一樣！1945年2月，有位叫作亞瑟·C.克拉克的人給《無(wú)線世界》雜志寫(xiě)了一封信，提出了利用衛(wèi)星通信的構(gòu)想。同年10月，克拉克在《無(wú)線世界》發(fā)表了一篇文章，進(jìn)一步充實(shí)了衛(wèi)星通信理論。不到十年之后，美國(guó)海軍實(shí)施了一個(gè)名為“月球中繼通信”的計(jì)劃，該計(jì)劃使用月球作為天然的通信衛(wèi)星，旨在提供一種安全可靠的無(wú)線電通信，這算是衛(wèi)星通信最初的構(gòu)想了。世界上第一顆人造地球衛(wèi)星是蘇聯(lián)的斯普特尼克1號(hào)，該衛(wèi)星于1957年10月4日發(fā)射入軌。這么說(shuō)起來(lái)，東方紅先生算是晚輩了。”說(shuō)罷，阿T博士又對(duì)東方紅先生說(shuō)：“這兩個(gè)小家伙的科學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目選擇的是探究衛(wèi)星，所以我就帶他們來(lái)看看你平時(shí)都在做些什么工作?！睎|方紅笑著對(duì)兄妹倆說(shuō)：“阿T博士說(shuō)得沒(méi)錯(cuò)，我們這個(gè)家族學(xué)名叫通信衛(wèi)星，通信衛(wèi)星作為無(wú)線電通信的中繼站，就像一個(gè)國(guó)際信使。我們每天都要收集來(lái)自地面的各種‘信件，然后再將‘信件準(zhǔn)確地投遞到另一個(gè)地方的用戶手中。”華華說(shuō)：“在課堂上老師好像講過(guò)東方紅一號(hào)——我們中國(guó)的第一顆人造地球衛(wèi)星。”東方紅點(diǎn)點(diǎn)頭：“沒(méi)錯(cuò)，它是我的祖爺爺，它那時(shí)的功能只是以20.09MHz的頻率向地面發(fā)送《東方紅》樂(lè)曲，所以還不能稱(chēng)之為真正意義上的通信衛(wèi)星。1984年出生的重441千克的東方紅二號(hào)三兄弟，才讓我們國(guó)家真正開(kāi)始進(jìn)入衛(wèi)星通信時(shí)代?！卑博士轉(zhuǎn)過(guò)頭來(lái)小聲對(duì)兄妹倆說(shuō)：“通信衛(wèi)星造價(jià)很高，但由于它們能傳輸大量的信息，可以免除地面中繼站之間架設(shè)線路的費(fèi)用，因此對(duì)于長(zhǎng)距離的傳輸來(lái)說(shuō)仍是最有效也最省錢(qián)的方法。一顆通信衛(wèi)星就能覆蓋廣闊的地域，三顆通信衛(wèi)星基本上能夠覆蓋全球?！薄昂脜柡ρ?！”華華、夏夏拍手叫道。

緊急救援

突然，東方紅接到命令，我國(guó)漁民在黃海海域遭遇風(fēng)暴，需要和地面救援部門(mén)通話，要求立刻進(jìn)行支援。阿T博士立刻拿出他隨身攜帶的“萬(wàn)能放大鏡”對(duì)著事發(fā)地點(diǎn)不斷查找遇險(xiǎn)漁船……終于，他們發(fā)現(xiàn)了風(fēng)暴中的漁船，從太空中看漁船小極了，就像樹(shù)葉一樣在巨浪中蕩來(lái)蕩去。阿T博士將萬(wàn)能放大鏡的倍率不斷提升，直至看到船艙駕駛室，華華和夏夏看到船長(zhǎng)在焦急地?fù)艽蛑l(wèi)星電話，不過(guò)好像怎么也打不通?！斑祝麨槭裁床挥檬謾C(jī)呢？”夏夏疑惑地問(wèn)。阿T博士說(shuō)：“手機(jī)通信需要基站，而海上可沒(méi)辦法架設(shè)基站，即使有一些小島，也根本無(wú)法覆蓋這么大的面積。只有把基站架到地球之外，就像東方紅先生所在的這個(gè)位置（距地面約36000千米），才有可能為這么大片海域提供通信信號(hào)?！薄斑@么說(shuō)，東方紅先生就是那個(gè)基站？”夏夏問(wèn)道。“是呀，我們可以稱(chēng)東方紅先生為郵局局長(zhǎng)，也可以稱(chēng)它為太空基站……反正都是傳送信息的?！比A華補(bǔ)充道。

說(shuō)完，大家轉(zhuǎn)頭看向東方紅先生，它正忙碌地調(diào)試著什么。華華看著放大鏡中的漁船陜要被海浪掀翻了，著急地大喊道：“先生，快點(diǎn)呀！浪越來(lái)越大，船要翻了！”就在這千鈞一發(fā)之際，東方紅先生比畫(huà)了一個(gè)“OK”的手勢(shì)，信號(hào)連通了！華華和夏夏趕緊把目光又投回漁船，果然船長(zhǎng)的衛(wèi)星電話接通了，船長(zhǎng)通過(guò)衛(wèi)星電話向東方紅先生發(fā)出了求救信息，他報(bào)告了船上的情況、風(fēng)浪的級(jí)別、船所在的具體位置。東方紅先生收到后，立刻向地面的救援中心傳送了船長(zhǎng)發(fā)來(lái)的信息。不一會(huì)兒，地面救援中心就派來(lái)了救援直升機(jī)，船上的船員全部獲救！

驚險(xiǎn)過(guò)后

華華、夏夏正為船員們得救而雀躍不已，突然看到一邊的東方紅先生汗珠兒一大把。夏夏掏出手帕說(shuō)：“先生，我給您擦擦汗吧，您真是太辛苦了?！睎|方紅先生說(shuō)：“這樣的事情其實(shí)經(jīng)常發(fā)生，不僅海上，沙漠和山區(qū)這些基站稀少的地方也非常需要我來(lái)中轉(zhuǎn)信號(hào)。對(duì)了，地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，地面基站一旦損壞，也需要我挺身而出。我不但可以傳送語(yǔ)音信號(hào)，還可以傳送圖像信號(hào)，可以將災(zāi)區(qū)的情況快速傳送給救援部門(mén)?！比A華、夏夏一邊連連發(fā)出贊嘆，一邊拿著筆記本快速記錄著。阿T博士對(duì)兄妹倆解釋說(shuō)：“對(duì)通信衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，最重要也最有歷史意義的應(yīng)用是遠(yuǎn)距離電話服務(wù)。來(lái)自陸地的電話信號(hào)通過(guò)固定的公共電話交換網(wǎng)傳送到通信地面站，再?gòu)牡孛嬲景l(fā)到地球靜止軌道衛(wèi)星上去。同樣，下行信號(hào)的傳播路徑也是如此。20世紀(jì)末，隨著海底電纜的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地使用光纖通信，這也在一定程度上減少了使用固定地面站進(jìn)行衛(wèi)星通信的用戶。目前，在一些沒(méi)有海底電纜的遙遠(yuǎn)島嶼上仍在使用衛(wèi)星電話?！?/p>

華華、夏夏聽(tīng)得津津有味，阿T博士接著說(shuō)：“東方紅先生是第四代東方紅衛(wèi)星，是第四代通信平臺(tái)的大哥，體重大約有5100千克，它是2006年從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心踏上工作崗位的，當(dāng)年它的兄弟還有出國(guó)前往尼日利亞和委內(nèi)瑞拉工作的，算是第一批走出國(guó)門(mén)的衛(wèi)星了。新一代高通量衛(wèi)星很快就會(huì)搭乘‘胖五火箭踏上工作崗位，接替它的工作。”正說(shuō)著，東方紅先生又接到衛(wèi)星電視直播的任務(wù)，看著忙碌的東方紅先生，阿T博士和兄妹倆不忍再打擾，兄妹倆臨走前戀戀不舍地?fù)肀е鴸|方紅先生。

阿T博士拉著兄妹倆跟東方紅先生告別后，走進(jìn)了飛船。華華問(wèn)：“博士，我們還沒(méi)聽(tīng)夠呢！”阿T博士一臉無(wú)奈地說(shuō)：“沒(méi)聽(tīng)夠，我來(lái)給你們講吧，不能再打擾東方紅先生了，要不電視轉(zhuǎn)播畫(huà)面該中斷了！其實(shí)，通信衛(wèi)星一般采用地球同步軌道，衛(wèi)星在這條軌道上以每秒3075米的速度自西向東繞地球旋轉(zhuǎn)，繞地球一周的時(shí)間為23小時(shí)56分4秒，恰與地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相等。因此從地面上看，衛(wèi)星像掛在天上不動(dòng)似的。這樣一來(lái)，地面接收站的工作就方便多了，它們只需要將天線固定對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星即可晝夜不間斷地進(jìn)行通信。你們記得我剛才說(shuō)三顆通信衛(wèi)星就能差不多覆蓋全球嗎？其實(shí)，更準(zhǔn)確地說(shuō)，三顆位于赤道上空的靜止軌道衛(wèi)星才能夠覆蓋地球除南北極之外的全部區(qū)域。這些通信衛(wèi)星作為地球靜止軌道衛(wèi)星，必須位于赤道上空，因此，當(dāng)?shù)孛嬲镜奈恢眠h(yuǎn)離赤道時(shí)，衛(wèi)星視線就會(huì)低于地平線。在高緯度地區(qū)，通信會(huì)由此受到影響并會(huì)產(chǎn)生多路徑干擾問(wèn)題（多路徑干擾類(lèi)似于回聲的現(xiàn)象，在接收機(jī)收到從衛(wèi)星直接發(fā)射的信號(hào)的同時(shí)，它也接收到由其他物體反射的衛(wèi)星信號(hào)，比如信號(hào)在地面接收站天線和地面之間來(lái)回反射）。因此，除了地球同步軌道的通信衛(wèi)星外，還有距離地球表面較近，軌道高度為2000千米到35 786千米的中地球軌道通信衛(wèi)星和低于中地球軌道，距地球表面大約160千米到2000千米的低地球軌道通信衛(wèi)星。當(dāng)衛(wèi)星收聽(tīng)到從一個(gè)地面站發(fā)來(lái)的微弱無(wú)線電信號(hào)后，會(huì)自動(dòng)把它變成大功率信號(hào)，然后傳送到另一個(gè)地面站，或當(dāng)超出該衛(wèi)星的通信范圍后，將信號(hào)協(xié)同發(fā)送給另一顆通信衛(wèi)星兄弟，再發(fā)到地球另一側(cè)的地面站上，這時(shí)我們就能收到來(lái)自很遠(yuǎn)的地方發(fā)出的信號(hào)了?！?/p>

華華看看還在認(rèn)真記筆記的夏夏，忍不住笑著說(shuō)：“到達(dá)下一站的時(shí)間不要太長(zhǎng)喲，要不然博士一路講，你一路記，咱們這個(gè)衛(wèi)星探究報(bào)告連起來(lái)就能繞地球一圈啦！”飛船在大家的笑聲中，穿梭于黑暗之中……