科技日報記者 付毅飛 操秀英

23日上午，習(xí)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(tuán)五院空間站系統(tǒng)測控與通信分系統(tǒng)主任設(shè)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。

據(jù)了解，為確保天地通話任務(wù)高可靠、高水平地順利實施，航天科技集團(tuán)五院針對空間站測控與通信、數(shù)管、儀表等分系統(tǒng)，采用了一系列高新技術(shù)，從通信技術(shù)、高速數(shù)據(jù)管理、人機(jī)工效等多維度提升通話任務(wù)的質(zhì)量。

在空間站設(shè)計建造之初，研究人員就將航天員在軌生活體驗放在首位，使航天員的生活更便利，工作更加有效。

為便于航天員在艙內(nèi)自由活動，五院總體設(shè)計部測控與通信分系統(tǒng)的設(shè)計師們采用了先進(jìn)的WiFi通信技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的有線頭戴通信，并在艙內(nèi)多點進(jìn)行布設(shè)，確保信號覆蓋無死角。據(jù)易予生介紹，航天員在艙內(nèi)互相通話或者與地面通話時，能夠通過佩戴WiFi頭戴而自由活動，不再受到電纜的束縛，極大提高了航天員的工作效率。

在空間站天和核心艙上，10余臺有線和無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、有線和藍(lán)牙耳機(jī)、手機(jī)、PAD、筆記本電腦都可作為網(wǎng)絡(luò)終端。這些終端將采集到的圖像和話音數(shù)據(jù)通過有線或無線Wi-Fi的方式連接至艙內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過高速通信處理器經(jīng)中繼鏈路傳輸?shù)降孛妗?/p>

在此次任務(wù)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?？蒲腥藛T對中繼終端進(jìn)行了可維修設(shè)計，這相較于之前在軌無法修復(fù)，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)往地面的速率相當(dāng)于5G通信速率相當(dāng)。

另外，空間站核心艙配置了多路高清攝像機(jī)，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八倍。天地互聯(lián)網(wǎng)和高速通信之間的結(jié)合，讓航天員在天上也能享受到現(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(jī)組成的在軌通信網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)和天地網(wǎng)關(guān)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?jǐn)z像機(jī)和平板電腦，通過WiFi熱點接入網(wǎng)絡(luò)，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，為航天員與地面之間的溝通提供了更高級別的感受。

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”?？臻g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(xué)實驗數(shù)據(jù)都走這條“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(jìn)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筆者，2003年,航天英雄楊利偉進(jìn)入太空時，曾數(shù)次與地面進(jìn)行天地通話，但每一次都有著很嚴(yán)格的時間窗口限制。

在這種情況下，我國“天鏈一號”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程正式立項，從2008年到2019年，已經(jīng)有兩代5顆“天鏈”衛(wèi)星順利進(jìn)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(wù)提供安全可靠的天基測控和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，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(xí)主席與航天員進(jìn)行天地通話，清晰的畫質(zhì)、流暢的話音……領(lǐng)袖的關(guān)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(wù)，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(jìn)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，天地通話是否可能出現(xiàn)中斷現(xiàn)象？

易予生表示 “不可能”。他解釋道，空間穩(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(dá)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%。

此外，用于天地通話的圖像、話音及其通信產(chǎn)品由航天科技集團(tuán)八院研制。該院研制的空間站話音處理器實現(xiàn)了三個首次：首次實現(xiàn)對航天器內(nèi)部的各個通話終端進(jìn)行實時維護(hù)與管理；首次采用數(shù)字混音技術(shù)實現(xiàn)各個終端之間互相通話；首次通過上注等方式對各種音頻參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

在體驗感受上，空間站話音處理器不但可以讓航天員在空間站像在家里一樣，“站”里和“站”外打電話，可以和途中的神舟飛船“電聯(lián)”，甚至還可以建立個“群聊”，把要聊天的小伙伴們一起加進(jìn)來，可選擇和地面的愛人或親朋來個一對一的“私密悄悄話”。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)定單個或多個通話對象，真正做到了艙里、艙外和地面，想和誰聊就和誰聊。（內(nèi)容源自中國航天科技集團(tuán)、北京空間信息傳輸中心、中國航天報）


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情