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神舟十二号上的天地通话,是如何实现的?

京港台:2021-6-24 09:24| 来源:澎湃新闻 | 评论( 10 )  | 我来说几句


神舟十二号上的天地通话,是如何实现的?

来源:倍可亲(backchina.com)

  23日上午,习近平(专题)总书记来到北京航天飞行控制中心,同神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波天地通话。大屏幕上,航天员的视频画面清晰,声音清脆响亮。

  这场在中国北京与400公里外的太空之间上演的天地通话是如何实现的呢?

  航天科技集团五院空间站系统测控与通信分系统主任设计师易予生介绍,完成这场天地通话,需要空间站、天链中继卫星和地面站三者的共同参与。

  据了解,为确保天地通话任务高可靠、高水平地顺利实施,航天科技集团五院针对空间站测控与通信、数管、仪表等分系统,采用了一系列高新技术,从通信技术、高速数据管理、人机工效等多维度提升通话任务的质量。

  在空间站设计建造之初,研究人员就将航天员在轨生活体验放在首位,使航天员的生活更便利,工作更加有效。

  为便于航天员在舱内自由活动,五院总体设计部测控与通信分系统的设计师们采用了先进的WiFi通信技术,取代了传统的有线头戴通信,并在舱内多点进行布设,确保信号覆盖无死角。据易予生介绍,航天员在舱内互相通话或者与地面通话时,能够通过头戴WiFi设备而自由活动,不再受到电缆的束缚,极大提高了航天员的工作效率。

  在空间站天和核心舱上,10余台有线和无线网络摄像机、有线和蓝牙耳机、手机、笔记本电脑都可作为网络终端。这些终端将采集到的图像和语音数据通过有线或无线Wi-Fi的方式连接至舱内以太网交换机,通过高速通信处理器经中继链路传输到地面。

  

  在此次任务中,为确保航天员长时间驻留,同时保证中继终端在轨15年的使用寿命。科研人员对中继终端进行了可维修设计,这相较于之前在轨无法修复,可谓是一大突破。除此之外,中继终端的通信测控数据传输更迅速,空间站核心舱发往地面的速率相当于5G通信速率。

  另外,空间站核心舱配置了多路高清摄像机,不仅能够让地面监视空间站拍摄地球美景,而且能够帮助航天员通过仪表大屏幕实现与地面间的双向高清视频通话、接收视频。

  在天地通信体验上,空间站与之前的空间实验室最大的不同是增加了天地互联网通信系统,空间站天地之间的通信速率是空间实验室的八倍。天地互联网和高速通信之间的结合,让航天员在天上也能享受到现代互联网生活带来的种种便利。

  空间以太网交换机组成的在轨通信网交换网络和天地网关系统,使天地间的互联网融为一体,航天员使用随身携带的手持摄像机和平板电脑,通过WiFi热点接入网络,便可像在家里一样感受上网冲浪所带来的乐趣,观看视频、收发电子邮件,为航天员与地面之间的沟通提供了更好的感受。

  4万公里高空,由天链一号03星、04星,天链二号01星组成的天基测控网就像一个“太空基站”,将核心舱和地面站连接起来,建立起一条太空“天路”。空间站与地面之间的语音、视频、电子邮件数据,以及下行的科学实验数据都走这条“天路”。

  “得益于中继卫星的三星组网,航天员与地面之间可以进行更长时间的通话。”北京空间信息传输中心总体工程师郑勇辉告诉笔者,2003年,航天英雄杨利伟进入太空时,曾数次与地面进行天地通话,但每一次都有着很严格的时间窗口限制。

  在这种情况下,我国“天链一号”中继卫星系统工程正式立项,从2008年到2019年,已经有两代5颗“天链”卫星顺利进入太空,它们不断地发挥着高轨道覆盖率和高速大容量数据传输优势,为任务提供安全可靠的天基测控和数据中继服务,航天员与地面可通话的运行弧段大大增加。

  2013年,实现了三星组网的中继卫星系统,首次保障总书记与航天员进行天地通话,清晰的画质、流畅的话音……领袖的关怀与期望在第一时间被传递到了天上。

  “此次,我国自主研制的第二代中继卫星‘天链二号’01星首次参与载人航天任务,有了它的存在,天地之间的音视频传输速率更高,天地通话效果和可通话时长均得到了提升,进一步实现了‘天地真情只在咫尺之间’。”郑勇辉如是说。

  空间站在轨飞行,每90分钟就要绕地球一圈,天地通话是否可能出现中断现象?

  易予生表示 “不可能”。他解释道,空间稳定飞行之后,通过3颗中继卫星和核心舱的中继天线,天地测控覆盖率可达90%以上,等到空间站三舱形成组合体后,通过另外两个舱中继天线偏装,测控覆盖率可接近100%。

  此外,用于天地通话的图像、话音及其通信产品由航天科技集团八院研制。该院研制的空间站话音处理器实现了三个首次:

  首次实现对航天器内部的各个通话终端进行实时维护与管理;

  首次采用数字混音技术实现各个终端之间互相通话;

  首次通过上注等方式对各种音频参数进行动态调整。

  在体验感受上,空间站话音处理器不但可以让航天员在空间站像在家里一样,站里和站外打电话,可以和途中的神舟飞船“电联”,甚至还可以建立个“群聊”,把要聊天的小伙伴们一起加进来,可选择和地面的爱人或亲朋来个一对一的“私密悄悄话”。航天员在太空家园的任何角落都可以接入聊天,精准设定单个或多个通话对象,真正做到了舱里、舱外和地面,想和谁聊就和谁聊。

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