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“天鏈”衛(wèi)星保障 天地對話傳情
來源： 科技日報
作者：南皮縣五金機電產(chǎn)業(yè)技術研究院
日期：
2021-06-26
6月23日上午，習近平總書記來到北京航天飛行控制中心，同神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波天地通話。大屏幕上，航天員的視頻畫面清晰，語音清脆響亮。
這場在中國北京與400公里外的太空之間上演的天地通話是如何實現(xiàn)的呢？
航天科技集團五院空間站系統(tǒng)測控與通信分系統(tǒng)主任設計師易予生介紹，完成這場天地通話，需要空間站、天鏈中繼衛(wèi)星和地面站三者的共同參與。
在空間站天和核心艙上，10余臺有線和無線網(wǎng)絡攝像機、有線和藍牙耳機、手機、PAD、筆記本電腦都可作為網(wǎng)絡終端。這些終端將采集到的圖像和話音數(shù)據(jù)以有線或無線WiFi的方式連接至艙內(nèi)以太網(wǎng)交換機，通過高速通信處理器經(jīng)中繼鏈路傳輸?shù)降孛妗?/div>
在此次任務中，為確保航天員長時間駐留，同時保證中繼終端在軌15年的使用壽命，科研人員對中繼終端進行了可維修設計，這相較于之前在軌無法修復，可謂是一大突破。除此之外，中繼終端的通信測控數(shù)據(jù)傳輸更迅速，空間站核心艙發(fā)往地面的速率與5G通信速率相當。
另外，空間站核心艙配置了多路高清攝像機，不僅能夠讓地面監(jiān)視空間站拍攝地球美景，而且能夠幫助航天員通過儀表大屏幕實現(xiàn)與地面間的雙向高清視頻通話、接收視頻。
在天地通信體驗上，空間站與之前的空間實驗室最大的不同是增加了天地互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，空間站天地之間的通信速率是空間實驗室的8倍。天地互聯(lián)網(wǎng)和高速通信之間的結合，讓航天員在太空也能享受到現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)生活帶來的種種便利。
空間以太網(wǎng)交換機組成的在軌通信網(wǎng)交換網(wǎng)絡和天地網(wǎng)關系統(tǒng)，使天地間的互聯(lián)網(wǎng)融為一體，航天員使用隨身攜帶的手持攝像機和平板電腦，通過WiFi熱點接入網(wǎng)絡，便可像在家里一樣感受上網(wǎng)沖浪所帶來的樂趣，觀看視頻、收發(fā)電子郵件。
4萬公里高空，由天鏈一號03星、04星，天鏈二號01星組成的天基測控網(wǎng)就像一個“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”。空間站與地面之間的語音、視頻、電子郵件數(shù)據(jù)，以及下行的科學實驗數(shù)據(jù)都從這條“天路”通過。
“得益于中繼衛(wèi)星的三星組網(wǎng)，航天員與地面之間可以進行更長時間的通話。”北京空間信息傳輸中心總體工程師鄭勇輝告訴科技日報記者，2003年，航天英雄楊利偉進入太空時，曾數(shù)次與地面進行天地通話，但每一次都有著很嚴格的時間窗口限制。那時，我國境內(nèi)的觀測站有效保持通信的時間相當有限，而“天鏈”系列中繼衛(wèi)星的誕生，就很好地解決了這個問題。
簡單來說，中繼衛(wèi)星就是太空數(shù)據(jù)“中轉站”，可為中、低軌道航天器提供天基測控、數(shù)據(jù)中繼服務。這相當于把地面測控站提升到幾萬公里的軌道高度，依照各類航天器、飛行器不同的數(shù)據(jù)應用部門，把它們產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)分別進行實時轉發(fā)，這樣既提高了數(shù)據(jù)回傳時效性，又增強了應急協(xié)調(diào)聯(lián)動能力。
從2008年到2019年，我國已經(jīng)有兩代5顆“天鏈”衛(wèi)星順利進入太空，它們不斷地發(fā)揮著高軌道覆蓋率和高速大容量數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢，為任務提供安全可靠的天基測控和數(shù)據(jù)中繼服務，航天員與地面可通話的運行弧段大大增加。
2013年，實現(xiàn)了三星組網(wǎng)的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，首次保障習近平總書記與航天員進行天地通話時畫質(zhì)清晰、話音流暢，領袖的關懷與期望在第一時間被傳遞到了天上。
“此次，我國自主研制的第二代中繼衛(wèi)星天鏈二號01星首次參與載人航天任務，有了它的存在，天地之間的音視頻傳輸速率更高，天地通話效果和可通話時長均得到了提升，進一步實現(xiàn)了‘天地真情只在咫尺之間’。”鄭勇輝如是說。
空間站在軌飛行，每90分鐘就要繞地球一圈，天地通話是否會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象？
易予生表示“不可能”。他解釋道，空間站穩(wěn)定飛行之后，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90%以上，等到空間站三艙形成組合體后，通過另外兩個艙中繼天線偏裝，測控覆蓋率可接近100%。
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