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中继天线坏了并不意味着地空一定失联
发布时间:2019-07-30

  热映影片《银河补习班》中有这样一个情节:航天员马飞进入太空后,他所乘坐的飞船意外被太空碎片砸中,导致返回舱的隔热瓦和中继天线被破坏。于是,马飞不得不出舱维修中继天线,在恢复与地面联系后,飞船才得以回到地球。

  “实际上,中继装置就类似于中转站。当航天器无法与地面直接通信时,一般需要通过中继方式来传输信号,保持地面和飞行器间的通信。”北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所副研究员、博士生导师李海告诉科技日报记者。

  中继天线有很多种。从外形上看,有“锅状”“杆状”等不同形式。这些天线对应着不同频段,频段不同功能也不同。有的用来传输图像、有的用来传输与飞行员生理状态有关的数据。“光有天线不行,必须要有一整套设备才能保证通信。”李海说。

  李海告诉记者,在影片中,中继天线本身没有被打坏,而是飞船被太空碎片砸中后导致天线底座上的电路板松动。“如果是直接打坏天线,其实很难修,尤其是在缺乏天线配件的情况下。”他说。

  但即便一根中继天线损坏了,也不必担忧。“飞船上的通信系统是由很多不同电台和天线组成的。一般飞船上会有约20种不同的天线,它们被装在飞船不同位置上。”李海说,坏掉一根天线,可能会对通信造成较大影响,但不至于让整个飞船与地面失去联系。

  天地话音通信系统是载人航天通信系统的关键组成部分。天地话音通信的主要任务是完成飞船与地面指挥系统的话音通信。在天地话音传输中,我国主要利用天地S频段统一测控通信系统(USB)的数传信道传送天地下行(飞船至地面)话音,利用发射机和高功放传送上行(地面至飞船)话音。

  中国卫星海上测控部的相关专家表示,载人航天天地通信的上、下行话音通道的工作状态将直接影响到整个任务的成功与否。

  “USB如果被破坏了,可能会出现电影里那种情景,整个测控中心黑屏,无法给飞船发送指令。”李海说,对飞船来说,无法接收指令是致命打击。

  不过,即便发生这种情况,飞船上还有备用通信系统——超短波电台。李海坦言:“地面一定会通过其他途径跟宇航员取得联系。只不过USB坏掉后,可能看不到非常清晰的舱内图像,但不影响地面跟宇航员之间的通信。”

  另外,当飞船正好飞过我国领土上空时,我国相关工作人员就能有机会跟飞船取得联系。“飞船上有一种天线,当飞船飞到我国领土上空时,就可以与地面直接联系,无需中继装置。”李海告诉记者,相关工作人员会为通信设备和系统做备份,以确保发生小故障时,不至于引起整个飞船失控。

  而且,地面也会有不同的测控站,包括测控船。其实,每次有发射任务时,我国相关机构都会派远望号测量船到海上去,船上会安装多种通信设备。测控船的数量和位置要根据发射任务来决定。“我国相关机构会采用一切手段确保能与飞船取得联系。”李海表示。

  李海表示,目前天地通信主要以无线电手段为主,将来可以利用激光通信方式,中高轨与地面利用激光进行通信的方式已得到实验验证。“与无线电通信相比,激光通信传输速率更快,保密性更好。”他说。

  另外,天地一体化信息网络建设也为飞船与地面的通信提供了更好的解决方案。天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网、地基节点网组成,并与地面互联网和移动通信网互联互通,建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化信息网络体系。

  该信息网建成后,将使我国具备全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信、高机动全程信息传输等能力。

  “依托天地一体化信息网络,如果说有一个中继卫星或天线坏了,可以利用其他的通信节点继续进行通信。”李海说。

  影片中,飞船的中继天线是被太空碎片击中后受损的。随着太空垃圾增多,飞船被太空碎片击中的情况或许未来会越来越多。

  所以,在设计和制造飞行器时,研究者会多次测试,提高飞行器抗击太空垃圾撞击的能力。同时,在航线设计上也会采取一些措施规避垃圾。李海告诉科技日报记者,有专门机构跟踪太空垃圾所在的位置。“如果有些地方的太空垃圾比较多,航线规划时就会让太空飞船绕道走。”他说。