揭秘太空授課背后天地通信測控網

中青報·中青網記者 邱晨輝

3月23日，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講。“天宮課堂”第二課的內容要從400公里外的近地軌道傳回地球，不是一件簡單的事，這背后離不開一條高效、穩定的通信傳輸“天路”。

要想完成這場天地通話，需要空間站、天鏈中繼衛星和地面站的通信系統共同參與。記者從中國電科了解到，為實現天地互聯互通、即時通話，中國電科專門研制了天地衛星通信系統，保證天地通信暢通無阻。

具體來看，為了完成地面人員與航天員之間的語音、圖像等信息傳輸任務，中國電科在陸海空天、國內外各測控站點布設了多型號統一測控系統、遙測系統，這些地面測控系統與中繼衛星，共同織就了立體通信測控網。

為實現高速率、大數據的傳輸，中國電科對衛星通信設備硬件及軟件進行了升級改造，采用自主研制生產的大功率功放和高速調制解調器，大大提升了衛星通信傳輸能力，可滿足載人空間站長期在軌運行數據傳輸的要求。

在搭建通信高速傳輸通道的同時，保障天地話音圖像高質量傳輸也是重中之重。

為了給地面傳輸清晰的畫面，中國電科研制了多種天地圖像編解碼終端，可適應載人空間站多艙、多場景天地圖像傳輸要求，實現語音、視頻圖像的雙向傳遞，讓航天員和地面人員進行實時交互，為天地聯通構建可視化平臺。

在2013年的太空授課中，攝像機數量非常有限，艙外、艙內各有兩個攝像機，再加上一個移動相機，一共只有5臺攝像機。這次“天宮課堂”連線中使用的攝像機種類繁多，有用于艙內環境監視的廣角定向攝像機，有用于細節監視的變焦云臺攝像機，也有用于直播授課的便攜無線手持攝像機。

高速通信處理器是天地通信的“利器”之一，它在中國空間站與地球之間架起一座無形的“鵲橋”，使得中國空間站上的圖像、話音數據以及其他載荷用戶數據，能實時、準確地在這個無形“橋梁”上通過，傳送到地球。

在“天宮課堂”的授課中，航天員老師們與地面的學生交流，離不開中國航天科技集團八院電子所研制的空間站話音處理器。該話音處理器能實現中國空間站艙內、艙間、天地、出艙，以及核心艙和神舟飛船之間的音頻通話，天地間實時通話的時延在1秒以內。

專家表示，空間站話音處理器融合了低碼速率和高保真兩大音頻通話核心需求。與9年前的太空授課相比，在保證話音不失真的前提下，音頻壓縮程度提升了4倍，壓縮方式擴展到5種，容量上實現了29路話音數據實時處理，既可以構建一對一的私聊環境，又能隨心所欲地建立群聊。

研發人員表示，以往，由于技術所限，天地通信只有一條“羊腸小道”，而今，中國空間站和地面的通信卻是一條實實在在的高速公路，圖像、話音數據都是這條路上的車輛。