中繼天線壞了并不意味著地空一定失聯
發布日期： 2019-08-20 供稿：科技日報
編輯：吳楠 審核：王征 閱讀次數：原文標題：中繼天線壞了并不意味著地空一定失聯
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熱映影片《銀河補習班》中有這樣一個情節：航天員馬飛進入太空后，他所乘坐的飛船意外被太空碎片砸中，導致返回艙的隔熱瓦和中繼天線被破壞。于是，馬飛不得不出艙維修中繼天線，在恢復與地面聯系后，飛船才得以回到地球。
那么，中繼天線是什么？為什么中繼天線損壞后飛船就不能與地面取得聯系？
中繼裝置類似信號中轉站
“實際上，中繼裝置就類似于中轉站。當航天器無法與地面直接通信時，一般需要通過中繼方式來傳輸信號，保持地面和飛行器間的通信。”北京理工大學信息與電子學院雷達技術研究所副研究員、博士生導師李海告訴科技日報記者。
中繼天線有很多種。從外形上看，有“鍋狀”“桿狀”等不同形式。這些天線對應著不同頻段，頻段不同功能也不同。有的用來傳輸圖像、有的用來傳輸與飛行員生理狀態有關的數據。“光有天線不行，必須要有一整套設備才能保證通信。”李海說。
李海告訴記者，在影片中，中繼天線本身沒有被打壞，而是飛船被太空碎片砸中后導致天線底座上的電路板松動。“如果是直接打壞天線，其實很難修，尤其是在缺乏天線配件的情況下。”他說。
但即便一根中繼天線損壞了，也不必擔憂。“飛船上的通信系統是由很多不同電臺和天線組成的。一般飛船上會有約20種不同的天線，它們被裝在飛船不同位置上。”李海說，壞掉一根天線，可能會對通信造成較大影響，但不至于讓整個飛船與地面失去聯系。
飛船上有備用通信系統
“除非是核心的通信系統損壞，才可能導致徹底的失聯。”李海說。
天地話音通信系統是載人航天通信系統的關鍵組成部分。天地話音通信的主要任務是完成飛船與地面指揮系統的話音通信。在天地話音傳輸中，我國主要利用天地S頻段統一測控通信系統（USB）的數傳信道傳送天地下行（飛船至地面）話音，利用發射機和高功放傳送上行（地面至飛船）話音。
中國衛星海上測控部的相關專家表示，載人航天天地通信的上、下行話音通道的工作狀態將直接影響到整個任務的成功與否。
“USB如果被破壞了，可能會出現電影里那種情景，整個測控中心黑屏，無法給飛船發送指令。”李海說，對飛船來說，無法接收指令是致命打擊。
不過，即便發生這種情況，飛船上還有備用通信系統——超短波電臺。李海坦言：“地面一定會通過其他途徑跟宇航員取得聯系。只不過USB壞掉后，可能看不到非常清晰的艙內圖像，但不影響地面跟宇航員之間的通信。”
另外，當飛船正好飛過我國領土上空時，我國相關工作人員就能有機會跟飛船取得聯系。“飛船上有一種天線，當飛船飛到我國領土上空時，就可以與地面直接聯系，無需中繼裝置。”李海告訴記者，相關工作人員會為通信設備和系統做備份，以確保發生小故障時，不至于引起整個飛船失控。
而且，地面也會有不同的測控站，包括測控船。其實，每次有發射任務時，我國相關機構都會派遠望號測量船到海上去，船上會安裝多種通信設備。測控船的數量和位置要根據發射任務來決定。“我國相關機構會采用一切手段確保能與飛船取得聯系。”李海表示。
未來激光通信可大顯身手
未來天地之間還會有哪些更先進的通信方式呢？
李海表示，目前天地通信主要以無線電手段為主，將來可以利用激光通信方式，中高軌與地面利用激光進行通信的方式已得到實驗驗證。“與無線電通信相比，激光通信傳輸速率更快，保密性更好。”他說。
另外，天地一體化信息網絡建設也為飛船與地面的通信提供了更好的解決方案。天地一體化信息網絡由天基骨干網、天基接入網、地基節點網組成，并與地面互聯網和移動通信網互聯互通，建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務、安全可信”的天地一體化信息網絡體系。
該信息網建成后，將使我國具備全球時空連續通信、高可靠安全通信、區域大容量通信、高機動全程信息傳輸等能力。
“依托天地一體化信息網絡，如果說有一個中繼衛星或天線壞了，可以利用其他的通信節點繼續進行通信。”李海說。
影片中，飛船的中繼天線是被太空碎片擊中后受損的。隨著太空垃圾增多，飛船被太空碎片擊中的情況或許未來會越來越多。
所以，在設計和制造飛行器時，研究者會多次測試，提高飛行器抗擊太空垃圾撞擊的能力。同時，在航線設計上也會采取一些措施規避垃圾。李海告訴科技日報記者，有專門機構跟蹤太空垃圾所在的位置。“如果有些地方的太空垃圾比較多，航線規劃時就會讓太空飛船繞道走。”他說。
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