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随着载有3名航天员的神舟十二号成功发射升空 ， 并与中国空间站实现对接 。 三位航天员开启了为期三个月的太空生活与工作 。 如今聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员已经入驻空间站一周了 。 在这一周里 ， 他们快递拆得手软 ， 还吃了可口的太空外卖 。 不仅如此 ， 他们还安装了wifi ， 进行了天地通话 ， 能随时和家人视频通话 。
那么问题来了 ， 中国空间站在400公里的高空 ， 是如何实现wifi网络连接的 ， 又是如何实现航天员与地面通信的？
载人空间站的通信系统
中国空间站在位于340~450千米的近圆轨道上 ， 设计寿命是10年 ， 额定的乘员3人 ， 除此之外 ， 还有货运飞船 ， 实验舱等结构 ， 要实现测控通信任务挑战巨大 ， 主要有五个挑战：
1 ， 90%以上的高测控覆盖；
2 ， 长时间连续高可靠测控 ， 要保持至少10年；
3 ， 高数据传输速率 ， 下行最大数据传输速率不小于几百兆量级；
【科学|3名航天员实现天地通话，在空间站还能刷视频？这事没那么简单！】4 ， 多目标同时测控 ， 可以支持同时对3个目标提供测控支持；
5 ， 测控资源的高效调度 。
那应该如何解决这五个挑战呢？
在载人航天飞行任务的过程中 ， 依靠的是陆海基测控装备来实现测控任务 。 而当神舟十二号与中国空间站实现交会对接时 ， 则交给中继卫星来实现测控通信 。 在中国空间站建设之前 ， 已经成功发射了3颗“天链一号”中继卫星 ， 初步实现了覆盖全球的天基测控网络 。
目前 ， 三颗“天链一号”中继卫星分别定于东经77°、东经176.8°和东经16.8° ， 他们的配置组合可以实现超过90%的测控覆盖率 ， 也就实现了挑战一“90%以上的高测控覆盖” 。
不仅如此 ， “天链一号”中继卫星 ， 可以支持单路最大百兆量级的数据传输 ， 以及支持同一天线波束内的双目标同时测控 。 但是仅仅依靠“天链一号”是不够的 。 于是 ， 在2019年4月9日发射了“天链二号01星”中继卫星 ， 它是中国第二代中继卫星 ， 性能强大 ， 也可以实现反向单路最大几百兆量级数据传输 ， 同时还能够多路传输 。 在“天链二号01星”配备了星间天线 ， 每副星间天线可以支持双目标同时测控 ， 所以利用两副星间天线就可以实现3个目标的同时测控 。
“天链二号01星”中继卫星发射升空后 ， 就与“天链一号”03星、04星组网 ， 可以支持中国空间站的天基测控与数据中继支持 。
同时“北斗”卫星导航系统可以进行测定轨 ， 并且覆盖率高 ， 同时精度高 ， 可以帮助中国空间站在实施交会任务时提供必要的支持 。
要实现地面与中国空间站的通信 ， 还离不开地基测控站的支持 ， 为了更好地与中国空间站进行通信 ， 基测控站(船)包括7个国内站、5个国外站、3个国际联网站以及3艘测量船 。 为了实现高效调动资源 ， 科学家们还把天基和地基的测控资源统筹在一起 ， 一体化调度 ， 这就解决了五大挑战 。
太空Wi-Fi？
这次中国空间站还配备了Wi-Fi ， 航天员在太空中就可以与家人视频通话 ， 还能上网冲浪 ， 刷抖音之类的 。 那这是如何做到的呢？
在国际空间站建设初期 ， 并没有配置因特网服务 ， 所以能够发4封双向的电子邮件 。 这使得在国际空间站工作的宇航员生活十分单调 。 后来 ， 配备了因特网后 ， 还因为网络不够安全 ， 导致宇航员的电脑中病毒 。 我们国家空间站汲取了这个经验 ， 所以给航天员配备了因特网服务 。
要配备这项服务 ， 主要的是让因特网业务数据 ， 在空间站和地面的因特网之间实现双向传输 ， 这个过程需要穿越空间站局域网 ， 空间通信链路、航天地面测控通信网、地面因特网等一系列通信环节 ， 而借助的通信设备就是中继卫星 。
由于在地面因特网运行的TCP／IP协议 ， 如果空间站内也采用TCP／IP（传输控制协议／互联网协议) ， 传输性能会受到物理因素的影响 ， 导致延迟大 ， 误码率高 。
为了解决这个问题 ， 科学家只能基于TCP／IP协议专门制定出CCSDS的AOS协议 。 利用这个协议 ， 不仅安全 ， 同时可以解决误码率高 ， 不稳定延迟大的问题 。
所以 ， 别看只是一个安装wifi配置网络的事情 ， 背后所需要的技术也是非常前沿的 。 这也从侧面让我们了解到中国空间站建设的难度有多高 。
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