空間站時(shí)代天地通話怎么實(shí)現(xiàn)

本報(bào)記者 劉揚(yáng) 樊巍

23日，一場萬眾矚目的天地通話在北京航天飛行控制中心指揮大廳與距離地面400公里的中國空間站之間上演。中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平同正在空間站天和核心艙執(zhí)行任務(wù)的航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波親切通話。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，在這次天地通話背后，隱藏著諸多世界領(lǐng)先的“黑科技”。

“不會(huì)出現(xiàn)天地通話中斷”

許多收看實(shí)時(shí)直播的觀眾驚喜地發(fā)現(xiàn)，在此次天地通話中，聲音與畫面不但毫無卡頓，而且相較以往還更清晰了。據(jù)專家介紹，完成這場天地通話，需要空間站、天鏈中繼衛(wèi)星和地面站三者共同參與。距地面約4萬公里處，由天鏈一號(hào)03星、04星，天鏈二號(hào)01星組成的天基測控網(wǎng)就像一個(gè)“太空基站”，將核心艙和地面站連接起來，建立起一條太空“天路”。

其中天鏈中繼衛(wèi)星在這次天地通話中發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用。北京空間信息傳輸中心總體工程師鄭勇輝告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，2003年中國第一名進(jìn)入太空的航天員楊利偉也曾數(shù)次進(jìn)行天地通話，但每次都有著很嚴(yán)格的時(shí)間窗口限制。因?yàn)楫?dāng)時(shí)中國采取的主要還是陸?；鶞y控的天地通信鏈路，由于中國沒有遍布全球的測控站和測量船，軌道高度在300-400公里的飛船，受地球曲率遮擋和視線視場影響，只有進(jìn)入中國測控站（船）的視場時(shí)，才能建立短暫的天地通信聯(lián)絡(luò)。

“載人航天，人命關(guān)天”。隨時(shí)隨地掌握飛船數(shù)據(jù)，獲取航天員的動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。在這種背景下，我國“天鏈一號(hào)”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程正式立項(xiàng)。據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，2008年至2012年，我國先后發(fā)射天鏈一號(hào)01至03星，使我國成為世界上第二個(gè)擁有對(duì)中、低軌航天器全球覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。2019年3月，天鏈二號(hào)01星成功發(fā)射，這是我國第二代地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的首發(fā)星。鄭勇輝介紹說：“天鏈二號(hào)01星讓天地之間的音視頻傳輸速率更高，通話效果和可通話時(shí)長均得到了提升?！?/p>

航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)測控與通信分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師易予生透露，通過3顆中繼衛(wèi)星和核心艙的中繼天線，天地測控覆蓋率可達(dá)90%以上。等到空間站三艙形成組合體后，測控覆蓋率接近100%?！耙虼酥袊臻g站不會(huì)出現(xiàn)天地通話中斷的現(xiàn)象”。

“與地面5G速率相當(dāng)”

實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空通信“天路”通暢，就相當(dāng)于地面上將光纖網(wǎng)絡(luò)接到家門口，而航天員在空間站核心艙這個(gè)“太空之家”內(nèi)部，又是如何完成通信的呢？

易予生介紹說，在空間站核心艙上，10余臺(tái)有線和無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及手機(jī)、PAD、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備都可作為網(wǎng)絡(luò)終端。這些終端將采集到的圖像和語音數(shù)據(jù)通過有線或無線WiFi的方式連接至艙內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)，再通過高速通信處理器經(jīng)中繼鏈路傳輸?shù)降孛嬷笓]中心。

易予生還透露，在駐留空間站的3個(gè)月里，航天員通過站內(nèi)通信網(wǎng)，不僅可以與地面進(jìn)行語音視頻通信、收發(fā)電子郵件，還可以收看電視節(jié)目，并與家人進(jìn)行私密通話，“地面工作人員都聽不到”。他表示，目前通信鏈路下行速率是1.2G，“與地面5G通信速率相當(dāng)”。中繼衛(wèi)星地面站實(shí)時(shí)接收太空數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳到北京飛行控制中心，再根據(jù)不同標(biāo)識(shí)進(jìn)行自動(dòng)分發(fā)，時(shí)延僅為秒級(jí)。

“想和誰聊就和誰聊”

從中國空間站時(shí)代的首次天地通話與之前一次次天地通話的對(duì)比中，能看出中國載人航天的巨大進(jìn)步。

航天專家介紹說，2003年楊利偉搭乘神舟五號(hào)飛船進(jìn)入太空時(shí)，不但天地通話有著嚴(yán)格的時(shí)間窗口限制，而且楊利偉并不能看到來自地面指揮中心的畫面。2016年，在天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)載人飛行任務(wù)中，天鏈一號(hào)衛(wèi)星讓航天員景海鵬、陳冬已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“天地雙向視頻通話”，但總體而言，視頻質(zhì)量還遠(yuǎn)不夠清晰。

如今中國空間站時(shí)代，中國科研人員采取很多新技術(shù)來支撐空間站的通信。例如直播畫面中，3名航天員看起來并沒有戴著顯眼的耳機(jī)，實(shí)際上他們佩戴的是先進(jìn)的無線骨傳導(dǎo)耳機(jī)，聲音數(shù)據(jù)借助骨傳導(dǎo)藍(lán)牙耳機(jī)連接到手機(jī)上，再通過WiFi連接空間站核心艙的交換機(jī)等數(shù)據(jù)處理器。

航天員在空間站可以根據(jù)需要設(shè)置一對(duì)一的私密聊天或者群聊。甚至在群聊時(shí)，還可以給不同對(duì)象單獨(dú)調(diào)整音量，使用起來更加精準(zhǔn)實(shí)用。這樣，航天員在太空家園的任何角落都可以接入聊天，精準(zhǔn)設(shè)定單個(gè)或多個(gè)通話對(duì)象，還能一邊聽著美妙的音樂一邊聊天，真正做到了艙里、艙外和地面，想和誰聊就和誰聊?！?/p>