科技日報記者 付毅飛 操秀英

23日上午，習(xi) 近平總書(shu) 記來到北京航天飛行控製中心，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，航天員的視頻畫麵清晰，語音清脆響亮。

這場在中國北京與(yu) 400公裏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係統測控與(yu) 通信分係統主任設計師易予生介紹，完成這場天地通話，需要空間站、天鏈中繼衛星和地麵站三者的共同參與(yu) 。

據了解，為(wei) 確保天地通話任務高可靠、高水平地順利實施，航天科技集團五院針對空間站測控與(yu) 通信、數管、儀(yi) 表等分係統，采用了一係列高新技術，從(cong) 通信技術、高速數據管理、人機工效等多維度提升通話任務的質量。

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

為(wei) 便於(yu) 航天員在艙內(nei) 自由活動，五院總體(ti) 設計部測控與(yu) 通信分係統的設計師們(men) 采用了先進的WiFi通信技術，取代了傳(chuan) 統的有線頭戴通信，並在艙內(nei) 多點進行布設，確保信號覆蓋無死角。據易予生介紹，航天員在艙內(nei) 互相通話或者與(yu) 地麵通話時，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餘(yu) 台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(wei) 網絡終端。這些終端將采集到的圖像和話音數據通過有線或無線Wi-Fi的方式連接至艙內(nei) 以太網交換機，通過高速通信處理器經中繼鏈路傳(chuan) 輸到地麵。

在此次任務中，為(wei) 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，這相較於(yu) 之前在軌無法修複，可謂是一大突破。除此之外，中繼終端的通信測控數據傳(chuan) 輸更迅速，空間站核心艙發往地麵的速率相當於(yu) 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(jin) 能夠讓地麵監視空間站拍攝地球美景，而且能夠幫助航天員通過儀(yi) 表大屏幕實現與(yu) 地麵間的雙向高清視頻通話、接收視頻。

在天地通信體(ti) 驗上，空間站與(yu) 之前的空間實驗室最大的不同是增加了天地互聯網通信係統，空間站天地之間的通信速率是空間實驗室的八倍。天地互聯網和高速通信之間的結合，讓航天員在天上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(guan) 係統，使天地間的互聯網融為(wei) 一體(ti) ，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，便可像在家裏一樣感受上網衝(chong) 浪所帶來的樂(le) 趣，觀看視頻、收發電子郵件，為(wei) 航天員與(yu) 地麵之間的溝通提供了更高級別的感受。

4萬(wan) 公裏高空，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(ge) “太空基站”，將核心艙和地麵站連接起來，建立起一條太空“天路”。空間站與(yu) 地麵之間的語音、視頻、電子郵件數據，以及下行的科學實驗數據都走這條“天路”通過。

“得益於(yu) 中繼衛星的三星組網，航天員與(yu) 地麵之間可以進行更長時間的通話。”北京空間信息傳(chuan) 輸中心總體(ti) 工程師鄭勇輝告訴筆者，2003年,航天英雄楊利偉(wei) 進入太空時，曾數次與(yu) 地麵進行天地通話，但每一次都有著很嚴(yan) 格的時間窗口限製。

在這種情況下，我國“天鏈一號”中繼衛星係統工程正式立項，從(cong) 2008年到2019年，已經有兩(liang) 代5顆“天鏈”衛星順利進入太空，它們(men) 不斷地發揮著高軌道覆蓋率和高速大容量數據傳(chuan) 輸優(you) 勢，為(wei) 任務提供安全可靠的天基測控和數據中繼服務，航天員與(yu) 地麵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係統，首次保障習(xi) 主席與(yu) 航天員進行天地通話，清晰的畫質、流暢的話音……領袖的關(guan) 懷與(yu) 期望在第一時間被傳(chuan) 遞到了天上。

“此次，我國自主研製的第二代中繼衛星‘天鏈二號’01星首次參與(yu) 載人航天任務，有了它的存在，天地之間的音視頻傳(chuan) 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‘天地真情隻在咫尺之間’。”鄭勇輝如是說。

空間站在軌飛行，每90分鍾就要繞地球一圈，天地通話是否可能出現中斷現象？

易予生表示 “不可能”。他解釋道，空間穩定飛行之後，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(ti) 後，通過另外兩(liang) 個(ge) 艙中繼天線偏裝，測控覆蓋率可接近100%。

此外，用於(yu) 天地通話的圖像、話音及其通信產(chan) 品由航天科技集團八院研製。該院研製的空間站話音處理器實現了三個(ge) 首次：首次實現對航天器內(nei) 部的各個(ge) 通話終端進行實時維護與(yu) 管理；首次采用數字混音技術實現各個(ge) 終端之間互相通話；首次通過上注等方式對各種音頻參數進行動態調整。

在體(ti) 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裏一樣，“站”裏和“站”外打電話，可以和途中的神舟飛船“電聯”，甚至還可以建立個(ge) “群聊”，把要聊天的小夥(huo) 伴們(men) 一起加進來，可選擇和地麵的愛人或親(qin) 朋來個(ge) 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，精準設定單個(ge) 或多個(ge) 通話對象，真正做到了艙裏、艙外和地麵，想和誰聊就和誰聊。（內(nei) 容源自中國航天科技集團、北京空間信息傳(chuan) 輸中心、中國航天報）


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