“太空群口相聲組”順利出艙！“天地通話”是如何實(shí)現(xiàn)的？航天員可以發(fā)朋友圈、打電話嗎？

「本文來源：知識(shí)就是力量雜志」

作者：張拯寧（中國空間技術(shù)研究院）

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，北京時(shí)間2021年11月7日，航天員翟志剛、王亞平身著我國新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙成功出艙，中國首位出艙航天員翟志剛時(shí)隔13年后再次執(zhí)行出艙活動(dòng)任務(wù)；王亞平成為中國首位執(zhí)行出艙任務(wù)的女航天員，邁出了中國女性艙外太空行走第一步。

翟志剛率先出艙，他出艙后報(bào)告：“我已出艙，感覺良好！”王亞平說，“我一會(huì)兒出艙，感覺良好！”葉光富說，“我下次出艙，感覺良好！”

網(wǎng)友戲稱他們是“太空群口相聲組”。

有人不禁疑問，“太空群口相聲”我們是如何聽到的？在中國空間站，只要不忙，航天員隨時(shí)可以給地球上的朋友打個(gè)電話、刷一刷朋友圈，這是怎么做到的呢？

給通信披上“航天外衣”

我們?cè)诘厍蛏峡梢噪S時(shí)用手機(jī)撥打電話，是因?yàn)槌鞘欣锏教幨鞘謾C(jī)基站，但一旦離開基站，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高速運(yùn)動(dòng)，肯定無法收到來自手機(jī)基站的信號(hào)。我們也不可能從空間站直接甩一根光纖到地面，即使這根光纖比頭發(fā)絲還細(xì)，也需要超過400千米的長(zhǎng)度才能到達(dá)地面。目前還沒有任何一種材料具有這樣的強(qiáng)度，更何況空間站還在繞著地球飛行，想從空間站給地球打電話可沒有那么簡(jiǎn)單。

那么“天地通話”究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？其實(shí)，載人航天使用的通信手段在原理上和地球上的其它無線電通信技術(shù)一樣，只不過因?yàn)榫嚯x更遙遠(yuǎn)，所以地球安裝的通信天線就要更大，發(fā)射功率也需要更大。2003年，中國第一位航天員楊利偉進(jìn)入太空時(shí)就已經(jīng)使用飛船上專用的通信設(shè)備，利用飛船經(jīng)過中國上空的短暫時(shí)間窗口和家人打了一個(gè)5分鐘時(shí)長(zhǎng)的電話。

給手機(jī)基站“搬個(gè)家”

天鏈中繼衛(wèi)星示意圖

為了解決“天地通話”問題，就需要把地球上的“手機(jī)基站”搬到更高的太空中去。從2008年開始，中國先后發(fā)射了5顆天鏈衛(wèi)星，專門為載人飛船和空間站提供通信中繼服務(wù)。天鏈衛(wèi)星運(yùn)行在一種特殊的軌道——地球靜止軌道上，它是位于地球赤道上空35768千米的一個(gè)圓。這個(gè)軌道的神奇之處在于當(dāng)衛(wèi)星在靜止軌道運(yùn)行時(shí)，繞地球公轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間恰好和地球自轉(zhuǎn)一圈完全相同，所以衛(wèi)星相對(duì)于地球就是靜止的。

地球靜止軌道最早由英國著名科幻作家阿瑟·克拉克提出

當(dāng)軌道距離地球表面非常高且沒有遮擋時(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大部分區(qū)域。天宮空間站無論運(yùn)行到地球上空任何地方，都可以由在軌的天鏈一號(hào)03星、04星和天鏈二號(hào)01星組成的通信網(wǎng)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，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里安裝路由器，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，說起來簡(jiǎn)單，工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)并不是隨便帶一臺(tái)路由器就可以。因?yàn)樘绽镉懈吣苡钪嫔渚€的輻射，這些高能粒子會(huì)擊穿空間站的艙壁，最終打在電子設(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)干擾到其它電子設(shè)備、電池也要確保安全等。

通過天地通話，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。

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