撰文/张拯宁（中国空间技术研究院）
本文来自《知识就是力量》杂志
给通信披上“航天外衣”
我们在地球上可以随时用手机拨打电话，是因为城市里到处是手机基站，但一旦离开基站，通信服务就会中断。空间站在距离地球约千米的轨道上绕着地球高速运动，肯定无法收到来自手机基站的信号。我们也不可能从空间站直接甩一根光纤到地面，即使这根光纤比头发丝还细，也需要超过千米的长度才能到达地面。目前还没有任何一种材料具有这样的强度，更何况空间站还在绕着地球飞行，想从空间站给地球打电话可没有那么简单。
那么“天地通话”究竟是如何实现的？其实，载人航天使用的通信手段在原理上和地球上的其它无线电通信技术一样，只不过因为距离更遥远，所以地球安装的通信天线就要更大，发射功率也需要更大。年，中国第一位航天员杨利伟进入太空时就已经使用飞船上专用的通信设备，利用飞船经过中国上空的短暂时间窗口和家人打了一个5分钟时长的电话。
给手机基站“搬个家”
天链中继卫星示意图
为了解决“天地通话”问题，就需要把地球上的“手机基站”搬到更高的太空中去。从年开始，中国先后发射了5颗天链卫星，专门为载人飞船和空间站提供通信中继服务。天链卫星运行在一种特殊的轨道——地球静止轨道上，它是位于地球赤道上空千米的一个圆。这个轨道的神奇之处在于当卫星在静止轨道运行时，绕地球公转一圈的时间恰好和地球自转一圈完全相同，所以卫星相对于地球就是静止的。
地球静止轨道最早由英国著名科幻作家阿瑟·克拉克提出
当轨道距离地球表面非常高且没有遮挡时，望得也就更远，那么只需要间隔度部署3颗卫星，理论上就可以覆盖地球绝大部分区域。天宫空间站无论运行到地球上空任何地方，都可以由在轨的天链一号03星、04星和天链二号01星组成的通信网络完美覆盖，像一个“太空基站”一样将核心舱与地面站连接起来，建立起一条太空“天路”。
太空“冲浪”不简单
有了天链卫星，航天员只需要在空间站里安装路由器，再带上设备，接入天地通信网络就可以“上网冲浪”了。然而，说起来简单，工程师在实际设计时并不是随便带一台路由器就可以。因为太空里有高能宇宙射线的辐射，这些高能粒子会击穿空间站的舱壁，最终打在电子设备的电路板上，有可能导致电路失效，所以必须采取防护措施。此外，带去的设备也要保证不会干扰到其它电子设备、电池也要确保安全等。通过天地通话，地面和航天员之间可以直接交流，方便顺利完成载人航天的预定任务；也让航天员的家属与航天员不“断联”，为航天员提供坚实的心理支持；对于在地面上心系宇宙的我们来讲，实时联络可以更直观地了解航天员的太空生活、学习载人航天科技知识；而且在紧急情况下，实时联络也可以更好地处理异常情况，保证载人航天工程的顺利进行。希望有朝一日我们都能有机会，从太空给地球的朋友打电话。