技術解讀:"天宮課堂"第一課是怎么傳回地面的？

發布時間：2021-12-22 16:52:44    點擊數：

12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課在空間站正式開課。神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在軌展示了中國空間站工作生活場景，演示微重力環境下細胞學實驗、物體運動、液體表面張力等現象，并與地面課堂進行實時交流。你知道穩定清晰的畫面和聲音是怎樣從九天之外傳回來的嗎？

測控系統全面覆蓋，建立天地通信傳輸之路

記者從中國電子科技集團了解到，為實現天地互聯互通、即時通話，中國電科研制的通信測控系統在天地之間打造了一條寬帶、高效、穩定的通信傳輸“天路”，滿足“超長待機”需求。

測控系統全面覆蓋，建立天地通信傳輸高速天路。在陸上測控站、中繼衛星系統中，中國電科從不同維度編織了一條實現100%覆蓋的測控通信網。遍布各個測控站點的統一測控系統，與架設在太空36000公里的中繼衛星組網運行，在天與地之間打造一條寬帶、高效、可靠的通信傳輸天路，提供天地之間的圖像傳輸。

中國電科研制的天鏈一號地面終端站是數據中繼衛星系統的重要組成部分，是保證天地信息傳輸的關鍵。為適應空間站任務需求，中國電科對天鏈一號地面終端站進行了升級改造，實現了鏈路資源的自動化分配及故障自動處置，提高了任務運行的可靠性，縮短了任務準備和故障處置時間。

天地鏈路的互為備份，可保證無論飛船飛行軌道和位置如何變化，都能讓地面穩定地接受信號，支撐完成太空授課。

通信系統全面升級，助力通信實時交互

衛星通信裝備作為天地間的“順風耳”和“千里眼”，是天地話音圖像的管理和指揮中心，負責將各測控站點的話音、圖像、測控等關鍵數據發送至中心，為指揮決策提供支持。

為適應載人空間站和神舟飛船任務對通信系統的要求，中國電科新建了多套固定站、車載站和便攜站，并對衛星通信設備硬件及軟件進行了升級改造。在新建和升級后的系統中，采用自主研制生產的大功率功放等設備，系統傳輸容量提升5至10倍，衛星通信傳輸能力大大提升，可滿足載人空間站長期在軌運行數據傳輸的要求。

要想在電視上看到清楚畫面，需要天地圖像編解碼終端對音視頻進行編碼壓縮。中國電科新研制的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，完成低速圖像、高清圖像及全景圖片等各類圖像信息的傳輸，為天地之間聯通構建可視化平臺。

同時，據中國航天科技集團五院空間站系統測控與通信分系統主任設計師易予生介紹，此次天地授課基于我國天鏈中繼系統，采用高速雙向音視頻傳輸，以天地對話等互動形式開展，艙內采用多臺高清攝像機通過中繼高速鏈路將高清視頻實時傳送至地面，地面上行兩路高清圖像送至艙內顯示器，從而實現雙向視頻傳輸。為了確保授課高可靠、高水平地順利實施，研制團隊對授課過程、天地協同程序進行了多次全流程協同演練。授課過程中地面工作人員實時監視空間站上各設備狀態，同時監測天地鏈路狀態，確保參與授課的所有設備工作正常，幫助航天員太空授課更加得心應手。

情景照明技術首次在大型載人航天器內全范圍應用

太空授課開始后，地面上學生們認真聽講的畫面同步出現在了空間站核心艙內，王亞平通過一個大大的液晶屏，能夠清楚地看到孩子們的一舉一動。這個大屏幕就是儀表與照明分系統的重要設備之一。

五院空間站系統儀表與照明分系統主任設計師李皖玲介紹，儀表與照明分系統是空間站系統中最具有航天員參與特點的分系統之一，具備人機交互功能，能夠為航天員操作空間站提供交互及操作平臺，同時為航天員在軌期間的工作、生活、出艙活動、交會對接等任務提供環境照明，其顯示、手控和照明等子系統使用的很多器件和技術非常新穎、獨特且趨于相關技術領域前沿。授課中發揮重要作用的液晶顯示屏，是集圖形圖像顯示、流媒體及視頻播放、報警驅動、指令發送、天地文本交互、觸摸操作、多總線通訊、支持用戶在軌動態配置等多功能為一體的新一代分布式數字化遠程終端設備，作為人機交互儀表，是航天員的“顯示器”，為航天員提供空間站的健康狀態信息，持續為空間站運行和航天員安全保駕護航。

早在空間站設計建造之初，五院設計師們秉承以人為本的設計理念，始終將航天員在軌生活體驗放在首位，想盡一切辦法使他們生活更便利、工作更高效。由于空間站在軌飛行會周期性經過地球陰影區，照明問題尤為重要。航天員在空間站的工作、生活等活動都離不開照明設備。李皖玲介紹，照明子系統可以為空間站組合體提供艙內、艙外照明支持，照明產品主要有情景照明、便攜照明和艙外泛光照明等�？臻g站照明子系統是我國首次在空間飛行器上應用情景模式可調照明技術，也是全球首次在大型載人航天器內部全范圍應用情景照明技術。

在長期在軌工作和生活中，單一的照明模式容易造成航天員工作效率降低、生物鐘紊亂以及睡眠障礙等問題，情景照明可以通過對色溫、亮度、照明區域的可控調節，解決上述諸多問題。照明區域可分為工作區、生活區、閱讀區、維修區等，確保了航天員工作有臺燈、吃飯有餐燈、睡眠有夜燈、讀書有閱讀燈、娛樂有照明燈，此外，航天員在進行設備維修時還有專用頭燈，一旦發生危險時還有用于逃生、自救的應急照明。這些燈具在開關時，除了像我們平時在家里開關燈一樣，使用開關板有線控制以外，還增加了手持移動設備Wifi無線控制功能，航天員們通過手機APP就可以控制開關燈、調節亮度、色溫等。這些人性化的設計為航天員在軌工作、生活提供了一個溫馨、舒適的家。

來源：科技日報、科普中國網

編輯：胡曉瑩

審核：張亞東