對話天與地——詳解“天宮一號”測控與通信分系統

    新華社北京９月３０日電（記者 王敏）“天宮一號”順利飛入太空預定軌道後，如何與地面保持聯絡，如何與神舟飛船精準實現交會對接，如何了解航天員在太空的情況？據中國航天科技集團公司第五研究院技術專家介紹，人們要想通過視頻、音頻了解距地面３５０公里的“天宮一號”的情況，就要靠測控與通信分系統了。

    早在２００３年１０月１５日，航天英雄楊利偉乘坐我國自主研製的神舟五號飛船成功飛天時，通過測控與通信分系統的圖像與話音設備傳輸，億萬人民觀看到他在神舟飛船內沉著冷靜地完成各種操作，聽到他清晰地報告在太空的感受。

    在此後的數年裏，測控與通信分系統不斷完善，在數次神舟飛船太空飛行過程中，人們可以通過此系統，借助安裝在飛船上的攝像機等設備，欣賞到從太空眺望地球的美景，聽到航天員與家人的對話，看到航天員在飛船內的空翻表演……

    “神舟七號”飛天后，人們目睹了航天員打開艙門，在太空中成功展開五星紅旗的全過程。在歷時半個小時的出艙活動中，人們看到的電視畫面就是依靠遠望號測量船和多個地面站，接力式地收發信號，再傳回祖國實現的。

    據了解，神舟飛船圍繞地球飛行時，一個地面站捕獲飛船的時間大約在六七分鐘時間。為了能讓太空傳輸下來的畫面、語音不間斷，地面站、測量船一個接一個地把信號接收下來。但即使這樣，包括借助國內外測控站、多艘測量船，我國對飛船的測控覆蓋率也只有約１２％。

    記者了解到，從“天宮一號”開始，在神舟七號試驗的基礎上，這樣的接力格局被打破。要了解“天宮一號”的測控與通信分系統，必須理解一個新概念——中繼。

    目前，我國已經發射了兩顆中繼衛星，即天鏈一號０１星和天鏈一號０２星。中繼衛星被稱為“衛星的衛星”，可為中低軌道衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務，提高各類衛星使用效益和應急能力，能使資源衛星、環境衛星等數據實時下傳。一顆中繼衛星可以連續跟蹤目標飛行器５０多分鐘，實現約４０％的連續測控通信覆蓋。依託中繼衛星及相關地面系統的支持，可提供遙測遙控、語音、圖像及其他數據傳輸業務，監控追蹤“天宮一號”的各項活動，保證其在軌正常運行。

    要想實現“天宮一號”與神舟飛船在太空的成功交會，必須進行精準的測試與定位。中繼衛星離地球約３６０００公里，而“天宮一號”要捕獲離它最遠４００００多公里外的中繼衛星，難度非常大。因此，在“天宮一號”的外側，可以看到一個“鍋狀”的反射面天線，直徑約１米，那就是中繼天線。通過中繼天線和配套設備，“天宮一號”可以捕獲並跟蹤中繼衛星，在中繼衛星的可視弧段通過中繼專用信道向地面傳輸數據；同時，又可通過中繼信道接收地面上傳的數據。

    要完成交會對接任務，“天宮一號”測控與通信分系統還增加了空空通信和相對測量設備。在交會對接過程中，當神舟飛船與“天宮一號”相距約１００公里時，建立空空通信鏈路，同時開始相對測量。“天宮一號”把數據進行處理後發送到飛船，配合飛船完成自動交會對接。與此同時，飛船上的空空通信設備與遙控設備建立接口，向“天宮一號”目標飛行器傳送指令。這樣就在太空中搭起了一座空中“橋梁”，確保交會對接任務能夠順利完成。