天地通話背后有神奇“天路”，航天員的數(shù)碼生活

6月23日，3位國家航天員在空間站“玩手機”的畫面，引發(fā)了公眾關(guān)注。權(quán)威專家解讀稱，航天員們不僅能夠像平時一樣使用手機、電腦，保持和地面以及家人的實時通訊，而且網(wǎng)速還相當于地面上的5G。

“居家”太空生活

航天員們在空間站內(nèi)的日常生活畫面公布后，航天員工作使用的電子設(shè)備引發(fā)了網(wǎng)友的熱議。網(wǎng)友發(fā)現(xiàn)他們使用的手機可能是華為品牌。

基于一張模糊的機身背面圖片，不少網(wǎng)友猜測是華為于2019年發(fā)布的P30。畫面截圖顯示，該手機背部擁有一個長條形的拍照模組，機身為黑色，與華為P30的外觀設(shè)計接近。有分析從合理性推斷稱，華為P30使用的是自主的麒麟芯片，加上后來更新的鴻蒙系統(tǒng)，正是由于不依賴外國的軟硬件，可以使得信息可控性和安全性更高。

但也有人看法不同，認為不可能是大眾消費類機型，而是特制的機器，防爆防震。

事實上，必要的修改不可避免。2011年，NASA亞特蘭蒂斯號航天飛機任務中，也有兩部iPhone 4被帶上了太空，與大眾能夠買到的產(chǎn)品不同，為滿足美國宇航局飛行認證標準，這兩部iPhone“用了一年的時間做了一些必要的修改”。

智能手機對于航天員來說是一個很好的輔助性工具。例如上述兩部iPhone 4，實際上被航天員用作太空研究工具，利用機器自身配置的陀螺儀、加速度計、相機等硬件，收集太空位置信息、輻射水平等數(shù)據(jù)。

針對設(shè)備本身以及航天員數(shù)碼生活熱議背后，是人們驚嘆于航空航天技術(shù)的發(fā)展進步，驚嘆中國空間站在舒適性和便利性方面的巨大改善。

6月17日神舟十二號成功送入預定軌道后，三名航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波開啟太空生活第一天。他們做的第一件事就是安裝好Wi-Fi網(wǎng)絡。接入局域網(wǎng)絡后，手機、平板、電腦這些智能設(shè)備，除了工作之外，還能像地面的居家生活一樣。

中國載人航天員系統(tǒng)總設(shè)計師黃偉芬接受媒體采訪時表示，中國的航天員將在空間站中居住長達3-6個月，科研工作之外還可以享受閑暇時光。比如，可以隨時給地面打電話，打游戲、聽音樂、看視頻，甚至收看電視直播。“可以看新聞聯(lián)播，而且是實況直播；還可以和家人、朋友、同事通電話，通過局域網(wǎng)絡給地面發(fā)送文字短信、圖片、視頻等等。”

一些民用技術(shù)，例如藍牙、智能家居的遠程操控等，也在“改造后”被接入到了空間站中。這樣，一些我們習以為常的物聯(lián)網(wǎng)應用，比如遠程控制空間站內(nèi)的燈光，遠程控制微波爐，都可以實現(xiàn)。這得以讓航天員們在生活舒適度方面大幅度提高，很大方面已經(jīng)接近我們的日常生活。

神奇的“天路”

天和核心艙執(zhí)行任務的三位航天員與指揮中心的視頻通話也受到廣泛關(guān)注，這是中國人自己的空間站進行的首次天地通話。大熒幕中，畫面清晰、聲音清楚、信號流暢。電視機前的每一位觀眾，都會感受到這次天地通信的巨大改善。而這一切都得益于我國自2003年立項的天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程。

根據(jù)天鏈二號01星副總設(shè)計師李向陽向媒體的講述，這次天地通話由地面站、空間站、中繼衛(wèi)星系統(tǒng)配合完成。通話信息先從地面站發(fā)往天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，再由中繼衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸信號到達空間站。在整個信號傳輸過程中，天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)扮演著“太空基站”的角色。

太空中的衛(wèi)星有很多類型，大多僅具備和地面之間的數(shù)據(jù)傳輸能力。但中繼衛(wèi)星除星地通信外，還可以進行星際通信，承擔著太空中數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”的職責。資料顯示，在中繼衛(wèi)星之前，星地通信主要靠建立星地通信鏈路，但受限于中低軌衛(wèi)星公轉(zhuǎn)速度比地球自轉(zhuǎn)速度快得多，實際在衛(wèi)星圍繞地球一圈的運行軌跡中，由于地球曲率遮擋和視線視場問題，只有大約2%－3%的左右的時間能夠與地面站建立穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸鏈路。這極大限制了天地通信的效果與效率。

為解決這樣的問題，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程應運而生。簡單來說，該系統(tǒng)就是在36000公里的地球同步軌道，均勻部署3顆中繼衛(wèi)星，每顆的覆蓋率可以達到50%，3顆可以實現(xiàn)100%的覆蓋率，也被稱為組網(wǎng)。那么，中低軌道衛(wèi)星無論運行到什么位置，都能夠保證被其中一顆中繼衛(wèi)星覆蓋。同理，位于地球的地面站，也總是能夠保證被覆蓋其中。如此一來，天地通話就實現(xiàn)了真正意義上的實時全程傳輸。

天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)是我國天地一體化信息網(wǎng)絡的重大基礎(chǔ)設(shè)施工程。業(yè)內(nèi)人士曾比喻，如果過去的天地通信是一條“鄉(xiāng)間小路”，那么有了中繼衛(wèi)星之后的天地通信就是一條“雙向高速公路”。

2008年4月，“天鏈一號01星”成功發(fā)射并順利在軌運行，這讓我國成為全球前5個擁有中繼衛(wèi)星的國家。此后，在神舟七號任務中，“天鏈一號01星”得到成功驗證。2011年7月，“天鏈一號02星”發(fā)射成功，并與“天鏈一號01星”成功組網(wǎng)，使航天測控覆蓋率從18%提升到近70%。次年7月，“天鏈一號03星”順利發(fā)射并成功送入預定軌道，標志著我國第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)正式建成，使我國航天測控覆蓋率提升至近100%。2016年，我國又發(fā)射了天鏈一號04星。同年，“天鏈一號”為神舟十一號天宮二號任務航天員景海鵬、陳冬與地面的通話以及央視的直播提供了技術(shù)支撐。

今年4月16日，我國第一代中繼衛(wèi)星地面系統(tǒng)完成了升級改造工作，在大幅提高中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的可靠性、易維護性和自動化水平的同時，實現(xiàn)了中繼衛(wèi)星系統(tǒng)軟件100%國產(chǎn)化。2017年底，北京空間信息傳輸中心針對第一代系統(tǒng)設(shè)備日漸老化和軟件非國產(chǎn)化等問題，提出了升級改造的目標。

2019年3月31日晚，我國第二代中繼衛(wèi)星的首顆“天鏈二號01星”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。該新一代中繼衛(wèi)星能夠與第一代衛(wèi)星系統(tǒng)相互兼容，并提升傳輸速率、服務數(shù)量、覆蓋范圍等。

一位參與項目的研究員曾在2019年撰文分享，從第一代的論證、立項算起，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)已跨越了16年。

“16年對于我們?nèi)祟悂碚f應是一個相當長的時間跨度，有很多開拓者、領(lǐng)路者或離退休，或轉(zhuǎn)崗，縱然照片會在時光里慢慢褪色，但我們的心中始終難以忘卻所有的見證者，親歷者。”該人士寫道，天路逐夢人永遠在路上。