航天员给大家拜个年,你知道有多不容易吗?
摘要: 1月31日除夕夜,我国三位航天员在中国空间站上,手持春联和福字,向大家拜年。喜庆之余,不知道你想过吗,他们是怎么跟地球联系的?空间站那么高的速度围着地球转,又是怎么保证联系通畅的呢?今天我们就来聊聊这个话题。01电磁波也能“反复横跳”“天宫课堂”,相信大家都记忆犹新,2021年12月9日15点40分,三位中国航天员...
1月31日除夕夜,我国三位航天员在中国空间站上,手持春联和福字,向大家拜年。喜庆之余,不知道你想过吗,他们是怎么跟地球联系的?空间站那么高的速度围着地球转,又是怎么保证联系通畅的呢?今天我们就来聊聊这个话题。
01
电磁波也能“反复横跳”
“天宫课堂”,相信大家都记忆犹新,2021年12月9日15点40分,三位中国航天员在中国空间站里进行了太空授课。这堂课持续了45分钟,和普通学校的一节课时间一样。
中学生观看天宫课堂 | 图虫创意
不过,当时“天宫”可并不在我国的上空,它正在飞越南美洲-大西洋-非洲-印度洋,而从祖国大地上看,空间站一直在地平线以下。WiFi穿墙多了看视频尚且会卡,而地球的遮挡,当然也会让信号变差甚至消失,可是,我们不但能看到“天宫课堂”,还清晰流畅不卡顿,这是怎么做到的呢?这里,我们就要简单说说太空通信的一些事儿啦。
让我们先从地面说起,1901年12月,马可尼在英国昆沃尔和加拿大纽芬兰之间,实现了横跨大西洋的超远距离无线通信。可是,大地是个球面,按照当时的理解,无线电波从英国发出,只能从纽芬兰上空1000多公里的地方飞掠过去。为什么地面能收到信号,马可尼自己也不明所以。
后来人们知道,在距离地球表面一两百公里处,这儿的大气层高度电离,可以反射电磁波,特别是3~30兆赫的短波信号。无线电信号发出后,在大地-电离层-大地-电离层之间反复弹跳,就能绕着大地传播到很远的地方。
无线电信号的传播方式 | 图虫创意
这是不是解决了“天宫课堂”信号传输的疑问了呢?并没有。空间站运行在距地400公里的轨道上,在短波通信使用的电离层以外。从空间站发出的信号,假如也能被电离层反射,那么它遇到电离层时,就会直接弹回太空,到不了地面;而假如它能穿透电离层到达大地,那么,当它再反射时,就会穿透电离层返回太空,无法反弹多次,绕地传播。
那么,我们该怎么办呢?我们可以用相似的思路,在空间站轨道以外,找个能反射信号的东东。
02
发射卫星,保障通讯
这个好东东就是地球静止卫星。它们运行在距地面约36000公里的轨道上,随着地球自转同步公转。从地面上看,它们永远悬停在空中某处,不随日月星空东升西落。
如果我们沿着赤道布置三颗地球静止卫星,只要角度安排均匀——比如说——每两颗之间夹角120°,就能够保证空间站总在至少一颗卫星的视野内。这三颗静止卫星之间没有地球的遮挡,交头接耳非常方便,所以只要空间站被其中一颗看到,就等于被所有三颗看到。
卫星及信号传播示意图
同理,中国大地上的信号站,总在某颗地球静止卫星的视野内,并等同于可以和所有三颗卫星建立联系。