中國(guó)空間站在距地球400公里的近地軌道中飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，航天員們?cè)诳臻g站內(nèi)生活、工作。

　　你知道那些從空間站采集到的圖像都是通過(guò)什么方式傳輸回地球的嗎？

航天員在太空拍攝到了中國(guó)空間站2025年的第一縷曙光

　　“天地”間的通信基站

　　地球上的信息傳輸大多需要基站，例如在使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，基站負(fù)責(zé)接收和發(fā)送手機(jī)信號(hào)，將數(shù)據(jù)在手機(jī)和基站之間傳輸，使得人們能夠流暢地瀏覽網(wǎng)頁(yè)、觀看視頻等。空間站與地面的信息傳播自然也需要基站，它們之間的基站被叫做“航天測(cè)控站”。

　　航天測(cè)控站（以下簡(jiǎn)稱測(cè)控站）包括固定站和活動(dòng)站兩種類型。根據(jù)測(cè)控區(qū)域的要求，測(cè)控站分布在很廣的范圍，其布站可在本國(guó)境內(nèi)，也可在全球任何適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)。按照分布，還分為陸上測(cè)控站、海上測(cè)量船、空中測(cè)量飛機(jī)、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星等四大類。

　　截止到2021年，我國(guó)建有11個(gè)航天測(cè)控站，包括國(guó)內(nèi)的五個(gè)陸上測(cè)控站：東風(fēng)站、渭南站、青島站、廈門站、喀什站。國(guó)外的四個(gè)陸上測(cè)控站：卡拉奇站、納米比亞站、馬林迪站和智利站。另外還有兩個(gè)機(jī)動(dòng)測(cè)控站：和田站與主場(chǎng)站。

　　那么，為什么測(cè)控站會(huì)分布在不同的地區(qū)，同時(shí)還涵蓋了這么多類型呢？其實(shí)，這是由于空間站的軌道特點(diǎn)所帶來(lái)的通信挑戰(zhàn)！

　　航天測(cè)控站：通信“接力賽”

　　空間站繞地球運(yùn)行的速度極快，平均速度高達(dá)每小時(shí)28000千米左右，大約每90分鐘就能夠繞地球一圈。因此，中國(guó)空間站與航天測(cè)控站之間的通信窗口非常短暫，通常只有3-8分鐘。同時(shí)，受地球自轉(zhuǎn)和空間站高速運(yùn)動(dòng)的影響，空間站并不是一直位于我國(guó)上方的，有時(shí)也會(huì)在地球的另一面運(yùn)行。如果僅靠一個(gè)航天測(cè)控站進(jìn)行通信，那么當(dāng)空間站在另一側(cè)運(yùn)行時(shí)，信號(hào)就會(huì)被地球遮擋。為保證長(zhǎng)時(shí)間通話或者視頻傳輸，需要多個(gè)測(cè)控站“接力”通信。這些測(cè)控站通過(guò)高速光纖網(wǎng)絡(luò)相互連接，確保數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸?shù)奖本┖教祜w行控制中心，進(jìn)行統(tǒng)一處理和調(diào)度。空間站會(huì)先后越過(guò)多個(gè)測(cè)控站覆蓋區(qū)域，當(dāng)一個(gè)測(cè)控站跟蹤即將完成時(shí)，另一個(gè)測(cè)控站就會(huì)接過(guò)“接力棒”。

遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)控船

　　航天器繞著地球運(yùn)行，由于地球的海洋面積比陸地面積大得多，航天器大部分時(shí)候位于海洋上方，遠(yuǎn)離地面指揮中心。但指令的操作爭(zhēng)分奪秒，當(dāng)?shù)孛嬷笓]中心已經(jīng)不能及時(shí)傳達(dá)時(shí)，就需要在海洋上有移動(dòng)的測(cè)控站。這時(shí)候遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)控船就派上了用場(chǎng)，雖然遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)控船的數(shù)量相對(duì)較少，但由于海上選點(diǎn)方便，布點(diǎn)位置好，所以在傳輸通信數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)揮的作用相當(dāng)大，其測(cè)控覆蓋時(shí)間占整個(gè)測(cè)控通信網(wǎng)總覆蓋時(shí)間的一半左右。它們?cè)谛l(wèi)星發(fā)射和軌道調(diào)整期間發(fā)揮著不可替代的作用。

　　測(cè)控站除了陸基測(cè)控站、海基測(cè)控站之外，還有天基測(cè)控站。天基比陸基、海基的測(cè)控優(yōu)勢(shì)大得多，覆蓋率非常高。美國(guó)、俄羅斯基本上都以天基測(cè)控為主，用中繼衛(wèi)星來(lái)完成測(cè)控通信工作。

　　中繼衛(wèi)星通信“全覆蓋”

中繼衛(wèi)星觀測(cè)近地空間內(nèi)運(yùn)行的航天器并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳地面

　　因?yàn)槿绻鄙僦欣^衛(wèi)星的支持，很多時(shí)候神舟飛船只能在進(jìn)入地面測(cè)控站測(cè)控弧段時(shí)才能進(jìn)行天地溝通。2021年7月，隨著我國(guó)第一代中繼衛(wèi)星5星連捷，天鏈中繼衛(wèi)星成功組網(wǎng)。我國(guó)成為繼美國(guó)之后，第二個(gè)具有全球覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國(guó)家。中繼衛(wèi)星位于距離地球約3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道上，“站得高、看得遠(yuǎn)”能夠覆蓋更大范圍的地球表面，實(shí)現(xiàn)全球范圍的通信覆蓋。這樣一來(lái)，就能確保空間站無(wú)論飛越地球的任何區(qū)域，都能與地面保持通信。

　　天地通話的實(shí)現(xiàn)，離不開空間站、天鏈衛(wèi)星和地面站的默契配合。地面通話信息首先從地面站發(fā)出，通過(guò)上行鏈路抵達(dá)天鏈衛(wèi)星。此時(shí)，衛(wèi)星的星間鏈路天線精準(zhǔn)鎖定空間站，將信息傳遞過(guò)去。航天員的通話信息則沿著相反路徑，依次通過(guò)空間站中繼終端、天鏈衛(wèi)星和星地下行鏈路，最終傳回地面。這一過(guò)程如同一條無(wú)形的“太空橋梁”，連接著天地兩端，讓溝通暢通無(wú)阻。

　　為確保地面與航天器（如空間站、衛(wèi)星等）之間的通信鏈路穩(wěn)定、高效運(yùn)行，那可離不開天地通監(jiān)控中心。天地通監(jiān)控中心作為天地話音圖像的管理和指揮中心，承擔(dān)著信息傳輸?shù)摹白詈笠话簟薄Ｋ芡ㄟ^(guò)實(shí)時(shí)分析調(diào)度，將清晰的話音和圖像傳輸?shù)降孛妗Ｔ撓到y(tǒng)具備大帶寬通信能力，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻圖像的雙向傳遞，為航天員與地面人員的實(shí)時(shí)交互提供了一個(gè)可視化的平臺(tái)。

　　在航天任務(wù)中，測(cè)控通信系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。它如同一條高效、穩(wěn)定的信息傳輸“天路”，將天地之間緊密連接起來(lái)。地面測(cè)控站編織出的信息傳輸鏈路，與架設(shè)在太空中的中繼衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，為航天器與地面之間架起一座座溝通的橋梁。

　　部分信息來(lái)源于：人民日?qǐng)?bào)、國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局新聞宣傳中心、

　　文昌國(guó)際航天城、科普中國(guó)、環(huán)球時(shí)報(bào)、中國(guó)軍網(wǎng)等

　　（科學(xué)性審核：鄭永春博士，空間科學(xué)傳播專家工作室）

本文來(lái)自： 中國(guó)科學(xué)技術(shù)館

責(zé)任編輯：劉海華