張拯寧

給通信披上“航天外衣”

我們?cè)诘厍蛏峡梢噪S時(shí)??機(jī)撥打電話，是因?yàn)槌鞘?到處是?機(jī)基站，但?旦離開(kāi)基站，通信服務(wù)就會(huì)中斷?？臻g站在距離地球約400千米的軌道上繞著地球?速運(yùn)動(dòng)，肯定?法收到來(lái)自手機(jī)基站的信號(hào)。我們也不可能從空間站直接甩?根光纖到地?，即使這根光纖?頭發(fā)絲還細(xì)，也需要超過(guò)400千米的長(zhǎng)度才能到達(dá)地?。?前還沒(méi)有任何?種材料具有這樣的強(qiáng)度，更何況空間站還在繞著地球飛?，想從空間站給地球打電話可沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。

那么“天地通話”究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？其實(shí)，載?航天使用的通信?段在原理上和地球上的其它?線電通信技術(shù)一樣，只不過(guò)因?yàn)榫嚯x更遙遠(yuǎn)，所以地球安裝的通信天線就要更?，發(fā)射功率也需要更?。2003年，中國(guó)第?位航天員楊利偉進(jìn)?太空時(shí)就已經(jīng)使?飛船上專?的通信設(shè)備，利?飛船經(jīng)過(guò)中國(guó)上空的短暫時(shí)間窗口和家?打了?個(gè)5分鐘時(shí)長(zhǎng)的電話。

給手機(jī)基站“搬個(gè)家”

為了解決“天地通話”問(wèn)題，就需要把地球上的“?機(jī)基站”搬到更?的太空中去。從2008年開(kāi)始，中國(guó)先后發(fā)射了5顆天鏈衛(wèi)星，專門(mén)為載?飛船和空間站提供通信中繼服務(wù)。天鏈衛(wèi)星運(yùn)?在?種特殊的軌道——地球靜?軌道上，它是位于地球?道上空35768千米的?個(gè)圓。這個(gè)軌道的神奇之處在于當(dāng)衛(wèi)星在靜?軌道運(yùn)?時(shí)，繞地球公轉(zhuǎn)?圈的時(shí)間恰好和地球?轉(zhuǎn)?圈完全相同，所以衛(wèi)星相對(duì)于地球就是靜?的。

地球靜?軌道最早由英國(guó)著名科幻作家阿瑟·克拉克提出

當(dāng)軌道距離地球表??常?且沒(méi)有遮擋時(shí)，望得也就更遠(yuǎn)，那么只需要間隔120度部署3顆衛(wèi)星，理論上就可以覆蓋地球絕?部分區(qū)域。天宮空間站?論運(yùn)?到地球上空任何地?，都可以由在軌的天鏈一號(hào)03星、04星和天鏈二號(hào)01星組成的通信?絡(luò)完美覆蓋，像一個(gè)“太空基站”一樣將核心艙與地面站連接起來(lái)，建立起一條太空“天路”。

太空“沖浪”不簡(jiǎn)單

有了天鏈衛(wèi)星，航天員只需要在空間站?安裝路由器，再帶上設(shè)備，接入天地通信網(wǎng)絡(luò)就可以“上網(wǎng)沖浪”了。然而，說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)并不是隨便帶?臺(tái)路由器就可以。因?yàn)樘?有?能宇宙射線的輻射，這些?能粒?會(huì)擊穿空間站的艙壁，最終打在電?設(shè)備的電路板上，有可能導(dǎo)致電路失效，所以必須采取防護(hù)措施。此外，帶去的設(shè)備也要保證不會(huì)?擾到其它電?設(shè)備、電池也要確保安全等。

通過(guò)天地通話，地面和航天員之間可以直接交流，方便順利完成載人航天的預(yù)定任務(wù);也讓航天員的家屬與航天員不“斷聯(lián)”，為航天員提供堅(jiān)實(shí)的心理支持;對(duì)于在地面上心系宇宙的我們來(lái)講，實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)可以更直觀地了解航天員的太空生活、學(xué)習(xí)載人航天科技知識(shí);而且在緊急情況下，實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)也可以更好地處理異常情況，保證載人航天工程的順利進(jìn)行。希望有朝一日我們都能有機(jī)會(huì)，從太空給地球的朋友打電話。

天鏈中繼衛(wèi)星示意圖