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我们经常在一些科幻影视作品中看到这样的场景 ， 在一座正在执行任务的外太空空间站里 ， 一群人正在隔着大屏幕和地球上的指挥部视频通话 ， 视频画质、声音都特别清晰 ， 甚至没有一丝延迟 ， 仿佛太空和地球之间的通话就是如此 ， 根本没有什么技术难度 。 那么事实是这样的吗？
地球和空间站之间如何通信？
事实上 ， 实现地球和空间站之间的通信是一项难度非常大的工作 。 要完成这项艰巨的任务 ， 需要空间站、地面以及处在两者中间的中继卫星的密切配合 。
空间站有一套自己的电话系统 ， 在通话开始之后 ， 电话系统将摄像头和蓝牙耳机采集到的信息进行整理 ， 之后通过高速通信处理器以及中继卫星将这些信息发送到地面 ， 地面则通过大大小小各种探测站接收这个信号 ， 最终实现天地之间的通话 。
这个过程听起来好像非常简单 ， 但要把它变为现实 ， 则要有很多的硬件设施和技术进行支持 。
需要哪些硬件设施和技术？
要实现空间站与地球之间的通信 ， 地面上的信号接收天线非常重要 ， 这些通信天线种类繁多 ， 从一些直径超大的巨型天线 ， 到为空间站提供通讯备份的小型高频天线一应俱全 。
但是由于地球是一个球体 ， 地面有一定的弧度 ， 设置在地面上的天线只能在空间站或航天器路过头顶时才能接收到数据 ， 实现短暂的天地通信 。 地面上天线覆盖的范围越小 ， 通信的时间越短 。
例如在2003年 ， 中国第1位航天员杨利伟搭乘神舟五号载人飞船顺利进入太空 ， 在这次飞行中 ， 杨利伟也数次同地面进行天地通话 ， 但是每一次通话时间都非常短 。
为了解决这一问题 ， 我国陆续在各地建设了很多天线 。 例如2007年 ， 我国在青岛、喀什两地分别建设了直径高达18米的大型测控天线 。 2012年 ， 在最东边的黑龙江和最西边的新疆又建设了两座先进的深空探测站 。
随着这些天线的建设 ， 我国在地面上构筑出了一个庞大的地面接收网络 ， 让我们在进行天地通话时 ， 获得更稳定更持久的信号 。
我国领土面积虽然辽阔 ， 但毕竟有限 ， 无法在全球各地都部署我们的接收天线 。 而我国的空间站在太空中运行很快 ， 大约每90分钟就可以绕地球一圈 ， 所以要保证空间站和地面的正常通信 ， 不能仅靠设在地面上的天线来追踪信息 ， 还需要静止轨道卫星的帮助 。
这时候就轮到中继卫星出场了 ， 中继卫星在整个天地通话中起到桥梁的作用 。 在空间站飞出我国领土空间之后 ， 中继卫星就负责接收空间站发出的信号 ， 并且将这些信号整理发送回地面 ， 实现天地对话 。
为了达到这一目的 ， 中国从2008年开始陆续发射了多颗天链系列的中继卫星 ， 目前我国已经是世界上第二个能用中继卫星对中低速轨道航天器进行全球通信覆盖的国家 。
光通讯技术也是实现天地对话的一项先进技术 ， 在传输速度上 ， 光通讯技术传送数据的速度是普通电波通信的7倍以上 。 不仅如此 ， 光通信和常规的电波通信相比 ， 还具有信息容量大、抗干扰能力更强、使用成本更低等优势 ， 并且卫星之间的距离越远 ， 这些优势就越明显 。
最大的干扰源
和地球上的环境不同 ， 由于失去了大气层的保护 ， 在太空中 ， 宇宙背景中的辐射、各行星的影响、以及太阳自身活动产生的辐射 ， 都让太空的电磁环境更加恶劣 ， 干扰十分严重 。 这其中最大的干扰源就是太阳 。
作为整个星系唯一的一颗恒星 ， 太阳的活动对太阳系内的电磁环境起到决定性影响 。 然而太阳的活动并不是一直稳定的 ， 除了正常的辐射以外 ， 在活动剧烈时期 ， 强烈的太阳风还会在地球周围产生剧烈的电磁风暴 ， 不但会阻断通信 ， 严重的时候甚至会烧毁卫星 ， 威胁到地球周围所有人类航天器的运行安全 。
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