一貫以先跑題開始,先問個問題,
人類這種生物最厲害的地方在哪里?
我覺得是對自我與外界的信息掌握能力,所以,信息是核心中的核心。
對內,知道如何維持身體健康(飲食醫(yī)療)、維持世代傳承(文字文化)、維持人類社群(國家政體);對外,知道宇宙天體運行、地球滄海桑田、能源循環(huán)轉換、生物自然選擇,我們用各種公式、定律、知識給儲存下來。
他們的共同本質便是信息,但信息也有個重要的屬性:只有繼續(xù)傳遞才有意義。
航天的本質也是為了開創(chuàng)并傳遞一些信息,促進我們在這個領域對自己和對外的知識積累與傳播。歷史證明,航天技術獲得的信息對人類的影響是非常巨大的。
先舉個小例子,冷戰(zhàn)期間,美國派出了大量的U2高空偵察機對蘇聯(lián)和我國進行間諜活動,但到了航天時代,美國發(fā)了一種叫做Corona的衛(wèi)星。按照美國官方的說法,它的第一顆(1960)便采集到了過去近15年來所有對中國和蘇聯(lián)的U2等偵查項目獲取的情報綜合,于是,美國在12年內后續(xù)發(fā)射了144顆這種衛(wèi)星.......
但它有個很大的缺點,收獲到的情報必須通過衛(wèi)星返回地球后,才能被獲取出來,它在天上看到的東西,地球上的情報機構必須等到它回來后才知道一切。
因為天上缺乏有效的與地面實時數(shù)據(jù)傳遞傳輸能力。
后來大家想,能不能做一種衛(wèi)星,它的作用是幫助這些衛(wèi)星,把它們的數(shù)據(jù)中繼給地面呢?這樣信息傳遞的安全性、可靠性及效率都大大提高了。
這就是中繼衛(wèi)星,它是一種地球靜止軌道衛(wèi)星,距離地面約36000公里(地球半徑5倍多),可以為中、低軌道資源衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務,為航天器發(fā)射提供測控支持??梢院唵卫斫鉃楣潭ㄔ诔嗟郎峡盏男盘柣?,讓比它飛的低的用戶(衛(wèi)星和航天器)與固定用戶(地面控制中心)能永遠保持實時通訊聯(lián)系。雖然一顆衛(wèi)星不可能完全覆蓋住地球(遮擋作用),但理論上三顆已經足夠覆蓋整個地球的任意兩點實時通信了。中繼衛(wèi)星系統(tǒng)使航天測控通信技術發(fā)生了革命性的變化。
在此之前信號轉播/通訊衛(wèi)星已經有了很多,比如大家看的各種衛(wèi)星頻道,用到的衛(wèi)星電話都來自他們,是定點對定點的轉播,但中繼衛(wèi)星的最大意義是可以實現(xiàn)衛(wèi)星與它之間的通訊,意義就不多說了吧。
中國版本的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)就是天鏈一號,按照中國自古以來的解釋思路,簡單來說天鏈就像太空中的烽火臺,周幽王為博美人一笑,烽火戲諸侯,利用的是烽火臺傳遞信息的能力----在那個年代意味著敵情存在。天鏈衛(wèi)星,就是太空時代的烽火臺,但它的意義要遠遠超過烽火臺,它最重要的作用便是把天上中國衛(wèi)星的數(shù)據(jù),無論它飛行在任何地點,以幾乎實時的速度傳遞給地面。換句話說,好比給其他衛(wèi)星和地面各裝了一部電話,使二者可以互相實時通話,它就相當于那個傳遞接受信號的基站。
在現(xiàn)代社會,信息傳遞速度的意義,毋庸置疑。天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)對中國航天的意義,也是巨大的。
2003年,中國第一位航天員楊利偉順利升空,期間他數(shù)次與地面控制站進行了“天地通話”。但這種通話都有著很嚴格的限制,必須在喀什測控站收到神舟五號信息后,利用極短的時間窗口,抓緊進行通訊。這是我模擬的楊利偉21個小時太空飛行時的地面軌跡(不少數(shù)據(jù)不足,只是大概模擬)
近地軌道的衛(wèi)星大約按照第一宇宙速度(7900m/s)繞地球飛行,繞地球一圈大概才90分鐘。從圖上可以看出,衛(wèi)星路過中國上空的時間一般就幾分鐘而已,國境內的觀測站和通訊站有效保持通訊時間極限也就10分鐘。21個小時飛行時間內,他繞地球飛行了14圈。
當時中國的對太空通訊能力除了幾艘派到外面的遠望測量船,就只能依賴位于本土的一些測控站(喀什、西安、青島等),所以要和楊利偉通信,就要利用每一次寶貴的飛躍中國大陸間隔,抓緊進行溝通。
當時他與曹剛川國防部長通話時間是10月15日17時26分,是飛行第六圈;
后來在10月15日19點58分,是飛行第八圈,他與家人進行了通話,這次家里人強壓著緊張眼里打轉著淚水的通話,只持續(xù)了4分50秒。
在這些時間外,楊利偉幾乎是沒有辦法和地面有任何聯(lián)系的,只能一個人蜷縮在狹小封閉的艙內,等待下一個通信周期的到來,默默忍受著孤獨與恐懼。
這種情況慢慢發(fā)生了改變,到了2013年6月20日的神舟10號上,不但天地通信不再是障礙,更出現(xiàn)了女航天員王亞平給全國中小學生通過央視直播的方式,進行了長達51分鐘的太空授課。
而到了2016年11月的天宮二號+神舟十一號任務時,景海鵬與陳冬在空間實驗室里觀看《新聞聯(lián)播》的直播已經成為了飛行33天來每天必做的“娛樂”活動(注意下圖右上角的logo)。
這一切的巨大變化就來自這個新的通訊手段:天鏈。它來自我國新建立的天鏈一號中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)。建立歷史如下:
天鏈一號01星:2008年4月25日發(fā)射
天鏈一號02星:2011年7月11日發(fā)射
天鏈一號03星:2012年7月25日發(fā)射
所以自2012年起,中國已經擁有了一個覆蓋全球的中繼衛(wèi)星系統(tǒng),是世界三個擁有全球覆蓋能力的國家之一,另外是美國、俄羅斯。我做了一個圖,顯示它們三個的位置如下圖所示。
一顆停在非洲,一顆停在印度洋,一顆停在太平洋,能保證中低軌衛(wèi)星在從非洲到太平洋中部的大區(qū)間內,至少有兩顆天鏈衛(wèi)星能實時轉發(fā)信號到中國大陸。其他區(qū)間也有一顆天鏈衛(wèi)星能傳遞。
天鏈一號01星的設計壽命是6年,但到現(xiàn)在已經在超期服役狀態(tài)下繼續(xù)工作了兩年,所以這個2016年11月22日發(fā)射的天鏈一號04星理論上是用來替換它的,目前作用是在天鏈一號01星失效前起到對這個天鏈一號中繼網(wǎng)絡的備份作用。
所以你要說4號星的重大意義,對于整個天鏈系統(tǒng)還真沒啥特別的,就好比是你家燈泡感覺已經過了正常工作時間了,雖然還在正常工作,但萬一你強迫癥擔心壞了咋辦,要不先買一個放在那里備份著?
大概就是這個意思。
中國航天的目標是星辰大海,天鏈一號只是個小目標,而天鏈一號的04星,只是做了點微小的貢獻。
算了,不能忍了,又要有對楊利偉的個人崇拜情緒泛濫,不壓抑你們,把他當年與家里人對話的4分50秒內容貼出來吧:
地面中心:“這次和你通話的是你的家人?!?/p>
楊利偉:“明白”。
妻子(張玉梅):“老公,你的感覺怎么樣?”
楊利偉:“感覺很好,這里景色非常美!”
妻子:“真為你自豪!我、爸爸媽媽和兒子都在這里看你。”
楊利偉:“謝謝你的支持和鼓勵。我一定會圓滿完成任務,請等待我的好消息!”
(地面掌聲打斷)
兒子(楊寧康):“爸爸,祝你一切順利!”
楊利偉:“謝謝,好兒子?!?/p>
兒子:“爸爸,你吃飯了沒有?”
楊利偉:“吃過了,吃的是航天食品?!?/p>
兒子:“爸爸,你看到了什么?”
楊利偉:“這里的景色非常好,我看到了美麗的家。”
兒子:“你記航天日記了嗎?”
楊利偉:“記了?!?/p>
兒子:“記的什么?”
楊利偉:“我的工作和看到的都記下來了?!?/p>
兒子:“爸爸,天上感覺怎么樣?”
楊利偉(笑):“感覺非常好,艙里的環(huán)境也非常好?!?/p>
兒子:“爸爸,再見”,兒子在指揮控制中心與爸爸愉快地道別。
楊利偉大聲說:“明天見!”
也就當年可憐,放到現(xiàn)在這年頭,通過天鏈技術,如果楊利偉愿意,在天上陪他兒子做作業(yè)然后給他兒子講故事到哄睡著都行。。。
作者:毛新愿(知乎ID:太空精釀)
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來源:知乎
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