对话天与地——详解“天宫一号”测控与通信分系统
新华社北京９月３０日电（记者 王敏）“天宫一号”顺利飞入太空预定轨道后，如何与地面保持联系，如何与神舟飞船精准实现交会对接，如何了解航天员在太空的情况？据中国航天科技集团公司第五研究院技术专家介绍，人们要想通过视频、音频了解距地面３５０公里的“天宫一号”的情况，就要靠测控与通信分系统了。
早在２００３年１０月１５日，航天英雄杨利伟乘坐我国自主研制的神舟五号飞船成功飞天时，通过测控与通信分系统的图像与话音设备传输，亿万人民观看到他在神舟飞船内沉着冷静地完成各种操作，听到他清晰地报告在太空的感受。
在此后的数年里，测控与通信分系统不断完善，在数次神舟飞船太空飞行过程中，人们可以通过此系统，借助安装在飞船上的摄像机等设备，欣赏到从太空眺望地球的美景，听到航天员与家人的对话，看到航天员在飞船内的空翻表演……
“神舟七号”飞天后，人们目睹了航天员打开舱门，在太空中成功展开五星红旗的全过程。在历时半个小时的出舱活动中，人们看到的电视画面就是依靠远望号测量船和多个地面站，接力式地收发信号，再传回祖国实现的。
据了解，神舟飞船围绕地球飞行时，一个地面站捕获飞船的时间大约在六七分钟时间。为了能让太空传输下来的画面、语音不间断，地面站、测量船一个接一个地把信号接收下来。但即使这样，包括借助国内外测控站、多艘测量船，我国对飞船的测控覆盖率也只有约１２％。
记者了解到，从“天宫一号”开始，在神舟七号试验的基础上，这样的接力格局被打破。要了解“天宫一号”的测控与通信分系统，必须理解一个新概念——中继。
目前，我国已经发射了两颗中继卫星，即天链一号０１星和天链一号０２星。中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为中低轨道卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传。一颗中继卫星可以连续跟踪目标飞行器５０多分钟，实现约４０％的连续测控通信覆盖。依托中继卫星及相关地面系统的支持，可提供遥测遥控、语音、图像及其他数据传输业务，监控追踪“天宫一号”的各项活动，保证其在轨正常运行。
要想实现“天宫一号”与神舟飞船在太空的成功交会，必须进行精准的测试与定位。中继卫星离地球约３６０００公里，而“天宫一号”要捕获离它最远４００００多公里外的中继卫星，难度非常大。因此，在“天宫一号”的外侧，可以看到一个“锅状”的反射面天线，直径约１米，那就是中继天线。通过中继天线和配套设备，“天宫一号”可以捕获并跟踪中继卫星，在中继卫星的可视弧段通过中继专用信道向地面传输数据；同时，又可通过中继信道接收地面上传的数据。
要完成交会对接任务，“天宫一号”测控与通信分系统还增加了空空通信和相对测量设备。在交会对接过程中，当神舟飞船与“天宫一号”相距约１００公里时，建立空空通信链路，同时开始相对测量。“天宫一号”把数据进行处理后发送到飞船，配合飞船完成自动交会对接。与此同时，飞船上的空空通信设备与遥控设备建立接口，向“天宫一号”目标飞行器传送指令。这样就在太空中搭起了一座空中“桥梁”，确保交会对接任务能够顺利完成。
