空間站時代天地通話怎么實現(xiàn)

本報記者 劉揚 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、中央軍委主席習近平同正在空間站天和核心艙執(zhí)行任務的航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波親切通話。據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，在這次天地通話背后，隱藏著諸多世界領先的“黑科技”。

“不會出現(xiàn)天地通話中斷”

許多收看實時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03星、04星，天鏈二號01星組成的天基測控網就像一個“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”。

其中天鏈中繼衛(wèi)星在這次天地通話中發(fā)揮了非常關鍵的作用。北京空間信息傳輸中心總體工程師鄭勇輝告訴《環(huán)球時報》記者，2003年中國第一名進入太空的航天員楊利偉也曾數(shù)次進行天地通話，但每次都有著很嚴格的時間窗口限制。因為當時中國采取的主要還是陸海基測控的天地通信鏈路，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，只有進入中國測控站（船）的視場時，才能建立短暫的天地通信聯(lián)絡。

“載人航天，人命關天”。隨時隨地掌握飛船數(shù)據(jù)，獲取航天員的動態(tài)至關重要。在這種背景下，我國“天鏈一號”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程正式立項。據(jù)《環(huán)球時報》記者了解，2008年至2012年，我國先后發(fā)射天鏈一號01至03星，使我國成為世界上第二個擁有對中、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長均得到了提升。”

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90%以上。等到空間站三艙形成組合體后，測控覆蓋率接近100%。“因此中國空間站不會出現(xiàn)天地通話中斷的現(xiàn)象”。

“與地面5G速率相當”

實現(xiàn)跨時空通信“天路”通暢，就相當于地面上將光纖網絡接到家門口，而航天員在空間站核心艙這個“太空之家”內部，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余臺有線和無線網絡攝像機以及手機、PAD、筆記本電腦等移動設備都可作為網絡終端。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的方式連接至艙內以太網交換機，再通過高速通信處理器經中繼鏈路傳輸?shù)降孛嬷笓]中心。

易予生還透露，在駐留空間站的3個月里，航天員通過站內通信網，不僅可以與地面進行語音視頻通信、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”。中繼衛(wèi)星地面站實時接收太空數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳到北京飛行控制中心，再根據(jù)不同標識進行自動分發(fā)，時延僅為秒級。

“想和誰聊就和誰聊”

從中國空間站時代的首次天地通話與之前一次次天地通話的對比中，能看出中國載人航天的巨大進步。

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

如今中國空間站時代，中國科研人員采取很多新技術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，實際上他們佩戴的是先進的無線骨傳導耳機，聲音數(shù)據(jù)借助骨傳導藍牙耳機連接到手機上，再通過WiFi連接空間站核心艙的交換機等數(shù)據(jù)處理器。

航天員在空間站可以根據(jù)需要設置一對一的私密聊天或者群聊。甚至在群聊時，還可以給不同對象單獨調整音量，使用起來更加精準實用。這樣，航天員在太空家園的任何角落都可以接入聊天，精準設定單個或多個通話對象，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。▲