在电影、电视剧中我们经常看到这样的情景，遥远星球上的宇航员在开展任务时可以和地球实时视频通话且没有延迟。

现实中太空通信真的是这样吗？其实，与空间站通信是一项非常具有挑战性的工作。

空间站有专属的电话号码吗？

空间站并没有传统意义上的电话号码。空间站有一个与互联网连接的电话系统，通过电脑工作，航天员可以用它来呼叫地球上的任何号码。然而，地面上的电话不能回拨给他们。

有网友问：“我们能不能给空间站打电话？”

如果有人确实需要“呼叫”空间站，也只能是任务控制中心的操作员来操作完成的。

天、地两端的通信是如何实现的呢？

完成这场天地通话，需要空间站、天链中继卫星和地面站三者的共同参与。

空间站里的摄像机、蓝牙耳机、笔记本电脑等作为网络终端，它们采集到的图像和语音数据通过高速通信处理器经中继链路传输到地面。

空间站与地球通信背后依靠哪些技术？

• 基础知识

空间通信两个关键：一个发射器和一个接收器。

发射器通过调制将信息编码到电磁波上，这些波穿过空间流向接收器。接收器收集电磁波并对发送者的信息进行解码。

• 地面网络

从太空进行通信，不仅仅是将航天器的天线对准地球。

工程师们还要仔细规划地面站和任务之间的通信，确保当航天器从头顶经过时，天线准备好接收数据。

2003年，中国第一位航天员杨利伟顺利进入太空，这期间他数次与地面控制站进行“天地通话”，但每一次都有着很严格的时间窗口限制。

地面站的天线范围很广，从为空间站提供备份通信的小型高频天线到巨型天线。

喀什深空站天线组阵系统 来源：“我们的太空”

2007年，我国在青岛、喀什测控站分别新建了两座18米口径测控天线。

2012年底，又在最西端的新疆喀什和最东端的黑龙江佳木斯建设了的两座深空测控站，包括在海外建成的首个深空测控站。

2020年“天问一号”在文昌航天发射场发射成功。器箭分离10分钟后，探测器接收到了来自海外深空测控站的第一声问候。近9个小时后，位于喀什、佳木斯的深空测控站也相继捕获目标。

• 空间中继

我国空间站运行的轨道高度距离地面约400公里左右，大约每90分钟绕飞地球一圈。

所以不可能用地面站来追踪，必须依靠静止轨道卫星与地面进行通信。

为了保持数据链接，就需要中继卫星来完成，它能使地面和轨道卫星之间的通信近乎持续。

2008年至2012年，中国先后发射天链一号01-03三颗卫星组网运行，这使得我国成为世界上第二个拥有对中、低轨航天器全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。

2016年，2019年，又先后发射了天链一号04星和天链二号01星，一代和二代中继卫星相互配合共同发力，更好地发挥数据中转站的作用。

中继卫星在地球上空的三个不同区域，提供了全球覆盖和低地球轨道任务与地面之间的近乎连续的通信。它可以每周7天、每天24小时转发数据，而不是等待经过一个地面站。

• 带宽

带宽是指信号所占据的频带宽度。

更高的带宽可以每秒携带更多的数据，使航天器可以更快地下行数据。

传统的通信主要依靠无线电波传输完成，未来太空探索距离更遥远，这会使得通信损耗剧增。

卫星光通信技术是近几十年发展起来的空间通信技术，它以激光作为信息的载体。光通信的数据传输速度是以往采用电波通信的7倍以上。

它具有抗干扰能力强、带宽高、传输快速、波段选择方便、信息容量大、便捷及成本低的优势。

哈尔滨工业大学自1991年就开展了卫星光通信的研究工作，迄今已近30年，是国内最早开展卫星光通信技术研究的单位。

• 数据率

更高的带宽可以意味着更高的任务数据率。

但带宽并不是数据率的唯一限制因素。其他可能影响数据速率的因素包括发射器和接收器之间的距离，他们使用的天线或光学终端的大小，以及两端的可用功率。

通信工程师必须平衡这些变量，以最大限度地提高数据速率。

• 延迟

通信不是瞬间发生的。它们受到一个普遍的速度限制：光速，大约每秒30万公里。

对于靠近地球的航天器来说，这种时间延迟或通信延迟几乎可以忽略不计。

然而，在距离地球更远的地方，延迟就意味着挑战。

火星距离地球约4亿公里。从地面上向火星探测器发布一道指令，探测器要在23分钟以后才能执行，这种巨大的延时为测控带来阻碍。只有采用更大口径的天线、实现更大的发射功率，才能尽可能降低这种不便。

• 干扰

太阳辐射是空间通信传输的一个潜在干扰源。

当通信传输经过长距离或穿过大气层时，其数据的质量可能会下降，使信息变得混乱。来自太阳或其他天体的辐射也会干扰传输的质量。

为了确保任务操作中心收到准确的数据，这还需要工程师们不断地进行错误检测和纠正。

总结

航天事业是我国整体发展战略的重要组成部分。

中国的航天事业自1956年创建以来，是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后的情况下发展起来的。

我国的卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域已跻身世界先进行列；

在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验以及空间微重力实验等方面均取得重大成果。

未来，我国的航天事业将继续向着深空出发！