科技日報記者 付毅飛 操秀英

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。

據了解，為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通信、數管、儀表等分系統，采用了一系列高新技術，從通信技術、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自由活動，五院總體設計部測控與通信分系統的設計師們采用了先進的WiFi通信技術，取代了傳統的有線頭戴通信，并在艙內多點進行布設，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通過有線或無線Wi-Fi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?？蒲腥藛T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相當于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，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、電子郵件數據，以及下行的科學實驗數據都走這條“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?！北本┛臻g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。

在這種情況下，我國“天鏈一號”中繼衛星系統工程正式立項，從2008年到2019年，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，首次保障習主席與航天員進行天地通話，清晰的畫質、流暢的話音……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’?！编嵱螺x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中斷現象？

易予生表示 “不可能”。他解釋道，空間穩定飛行之后，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%。

此外，用于天地通話的圖像、話音及其通信產品由航天科技集團八院研制。該院研制的空間站話音處理器實現了三個首次：首次實現對航天器內部的各個通話終端進行實時維護與管理；首次采用數字混音技術實現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進行動態調整。

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”，甚至還可以建立個“群聊”，把要聊天的小伙伴們一起加進來，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，精準設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。（內容源自中國航天科技集團、北京空間信息傳輸中心、中國航天報）


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