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“天鏈”衛星保障 天地對話傳情
來源： 科技日報
作者：南皮縣五金機電產業技術研究院
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的呢？
航天科技集團五院空間站系統測控與通信分系統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余臺有線和無線網絡攝像機、有線和藍牙耳機、手機、PAD、筆記本電腦都可作為網絡終端。這些終端將采集到的圖像和話音數據以有線或無線WiFi的方式連接至艙內以太網交換機，通過高速通信處理器經中繼鏈路傳輸到地面。
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據傳輸更迅速，空間站核心艙發往地面的速率與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網通信系統，空間站天地之間的通信速率是空間實驗室的8倍。天地互聯網和高速通信之間的結合，讓航天員在太空也能享受到現代互聯網生活帶來的種種便利。
空間以太網交換機組成的在軌通信網交換網絡和天地網關系統，使天地間的互聯網融為一體，航天員使用隨身攜帶的手持攝像機和平板電腦，通過WiFi熱點接入網絡，便可像在家里一樣感受上網沖浪所帶來的樂趣，觀看視頻、收發電子郵件。
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、電子郵件數據，以及下行的科學實驗數據都從這條“天路”通過。
“得益于中繼衛星的三星組網，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”系列中繼衛星的誕生，就很好地解決了這個問題。
簡單來說，中繼衛星就是太空數據“中轉站”，可為中、低軌道航天器提供天基測控、數據中繼服務。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、飛行器不同的數據應用部門，把它們產生的各類數據分別進行實時轉發，這樣既提高了數據回傳時效性，又增強了應急協調聯動能力。
從2008年到2019年，我國已經有兩代5顆“天鏈”衛星順利進入太空，它們不斷地發揮著高軌道覆蓋率和高速大容量數據傳輸優勢，為任務提供安全可靠的天基測控和數據中繼服務，航天員與地面可通話的運行弧段大大增加。
2013年，實現了三星組網的中繼衛星系統，首次保障習近平總書記與航天員進行天地通話時畫質清晰、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中斷現象？
易予生表示“不可能”。他解釋道，空間站穩定飛行之后，通過3顆中繼衛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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