6月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(hào)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(chǎng)在中國(guó)北京與400公里外的太空之間上演的天地通話是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)測(cè)控與通信分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師易予生介紹，完成這場(chǎng)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。

在空間站天和核心艙上，10余臺(tái)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)以有線或無線WiFi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(zhǎng)時(shí)間駐留，同時(shí)保證中繼終端在軌15年的使用壽命，科研人員對(duì)中繼終端進(jìn)行了可維修設(shè)計(jì)，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(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸更迅速，空間站核心艙發(fā)往地面的速率與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(shí)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(yàn)上，空間站與之前的空間實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的8倍。天地互聯(lián)網(wǎng)和高速通信之間的結(jié)合，讓航天員在太空也能享受到現(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(diǎn)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。

4萬公里高空，由天鏈一號(hào)03星、04星，天鏈二號(hào)01星組成的天基測(cè)控網(wǎng)就像一個(gè)“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(shù)據(jù)，以及下行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都從這條“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(zhǎng)時(shí)間的通話?！北本┛臻g信息傳輸中心總體工程師鄭勇輝告訴科技日?qǐng)?bào)記者，2003年，航天英雄楊利偉進(jìn)入太空時(shí)，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(shí)間窗口限制。那時(shí)，我國(guó)境內(nèi)的觀測(cè)站有效保持通信的時(shí)間相當(dāng)有限，而“天鏈”系列中繼衛(wèi)星的誕生，就很好地解決了這個(gè)問題。

簡(jiǎn)單來說，中繼衛(wèi)星就是太空數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，可為中、低軌道航天器提供天基測(cè)控、數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。這相當(dāng)于把地面測(cè)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(shù)據(jù)應(yīng)用部門，把它們產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣既提高了數(shù)據(jù)回傳時(shí)效性，又增強(qiáng)了應(yīng)急協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)能力。

從2008年到2019年，我國(guó)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(shì)，為任務(wù)提供安全可靠的天基測(cè)控和數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，航天員與地面可通話的運(yùn)行弧段大大增加。

2013年，實(shí)現(xiàn)了三星組網(wǎng)的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，首次保障習(xí)近平總書記與航天員進(jìn)行天地通話時(shí)畫質(zhì)清晰、話音流暢，領(lǐng)袖的關(guān)懷與期望在第一時(shí)間被傳遞到了天上。

“此次，我國(guó)自主研制的第二代中繼衛(wèi)星天鏈二號(hào)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(shí)長(zhǎng)均得到了提升，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)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，天地通話是否會(huì)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象？

易予生表示“不可能”。他解釋道，空間站穩(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(cè)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(gè)艙中繼天線偏裝，測(cè)控覆蓋率可接近100%。