给航天员打电话可真不容易

　　在王亚平老师给地面的小朋友们太空授课期间，我们通过电视画面感受到声音、画质清晰连贯。这样看来，给航天员打电话很容易嘛，就像给家人打视频电话似的！  

　　其实，这一切非常不容易。完成连续不间断的太空授课，需要空间站、天链中继卫星和地面站三者的共同参与。  

关键词一：天链  

　　没有天链，也许这场太空授课的时长只能持续十几分钟。在天链中继卫星投入使用之前，我国跟踪中低轨航天器的主要手段是地面测控站。但是，全球布站代价太大了。杨利伟首飞时，天地通话有着严格的时间窗口限制，因为只有飞船进入我国测控站（船）视场时，才能建立飞行弧段内的短时天地通信联络。也就是说，其余时段都是“您的手机不在服务区”。  

　　既然位于高轨的同步卫星可以实现几乎全球覆盖的通信，同步卫星就可以作为“中转站”为中低轨航天器“传话”了。也就是说，同步卫星一端连接地面站，另一端连接中低轨航天器。基于这一原理，“天链”从2003年开始立项论证。今天，一、二代中继卫星已组网运行，“天链”系统作为“卫星的卫星”通过多星接力实现航天器与地面的长时间通信，相当于把地面测控站搬到了地球同步轨道上。  

　　神舟七号任务中航天员翟志刚那句“我已出舱，感觉良好”实时传回地面，神舟十号/天宫一号太空授课实时无缝直播，神舟十一号/天宫二号任务中航天员与地面“天地双向视频通话”的实施，都是“天链”支撑的结果。  

天链一号中继卫星传回的天宫一号舱外图像  

（图片来源：中国载人航天官网）  

　　空间站飞行控制任务期间，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接受媒体采访时说：“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置安装，测控覆盖率可接近100%。”也就是说，按照目前构型，空间站环绕地球飞行一圈的90分钟时间内，有至少81分钟可以通过中继卫星与地面取得联系。  

　　知识点：  

　　·三万六千公里高空，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”，将空间站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，都从这条“天路”通过。  

　　·这条通信链路的下行速率为1.2G，与地面5G通信速率相当。  

　　·地面站实时接收来自中继卫星的太空数据，然后将数据传到北京飞行控制中心，再根据不同标识进行自动分发，时延仅为秒级。  

关键词二：Wi-Fi+智能手机  

空间站核心舱中继天线（图片来源：中国载人航天官网）  

　　第一批航天员进驻空间站，开门三件事为：安装厨房、安装厕所、通网。天上“精装房”收得差不多了的航天员们，立即就可以用Wifi刷网啦！  

　　中继卫星系统是连接核心舱和地面站的“天路”，航天器上的中继天线则是连接地面与中继卫星、中继卫星与核心舱之间的“天路”。  

　　通过站内通信网和每位航天员配备的智能手机，他们不仅可以与地面进行语音视频通信、收发电子邮件，还可以收看电视节目，并与家人进行私密通话。“航天员家属在地面可通过专线与航天员进行点对点私密通话，地面工作人员都听不到。”他们还能通过智能设备里的应用软件控制空间站内的灯光等。  

　　知识点：  

　　·核心舱内10余台有线和无线网络摄像机、有线和蓝牙耳机、手机、PAD、笔记本电脑都可作为网络终端。  

　　·终端将采集到的图像和话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。中继链路包括上文的“天链”卫星系统，也包括核心舱上的中继天线。  

　　·此前航天器上的中继天线在轨无法修复，而空间站核心舱的中继天线被设计为可维修。  

关键词三：骨传导耳机  

神舟十三号乘组太空授课（图片来源：中国载人航天官网）  

　　太空授课中的航天员好像没戴耳机？其实，他们戴的是更小更精巧的骨传导耳机。 

　　骨传导，是指声音通过骨头的振动传到人的听觉神经。更科学一些的表述是：骨传导将声音转化为不同频率的机械振动，通过人的颅骨、骨迷路、内耳淋巴液传递、螺旋器、听神经、听觉中枢来传递声波。骨传导耳机被誉为“全世界最安全的耳机”。  

　　尽管中国空间站舱内噪声已经大大降低，如果使用有线耳机，当耳罩压合不好时仍然容易听不清，影响语音的可懂度。内嵌式的骨传导耳机语音效果更好，而且久戴不痛，不会导致听力下降。  

　　从有线大耳机到无线小耳机，为了保障长期飞行的航天员有效地工作、健康地生活，我国载人航天工程的技术与理念都在进步。  

　　知识点：  

　　·此前我国载人航天飞行任务最长1个月；空间站任务航天员在轨飞行长达3至6个月。  

　　·国际空间站工作区的噪声为72分贝，睡眠区55分贝；中国空间站工作区58分贝，睡眠区49分贝。