广东科普 2026-11-09 21:54:56
从中国空间站传回的画面里,
航天员离地面约400公里。
这个距离放在地面上,
不过是一趟城际旅行;
可空间站与地面通信,
信号有时却要先飞向
约3.6万公里高的中继卫星,
再折回地球。
既然近在头顶,
为什么还要绕这么远?
头顶并不是一个“固定位置”
既然空间站就在头顶附近,为什么信号还要绕那么远?关键就在于,“头顶”并不是一个固定不变的位置。空间站绕地球飞行,地面站也随着地球转动,两者之间能不能通信,首先要看能不能“看见”彼此。
这里的“看见”,不是肉眼看见,而是微波通信所需要的通视条件——中间不能有东西把信号挡住。地球本身是个大球体,会挡住通往另一侧的信号。
可以拿一个球和两个小物件来理解:一个贴在球面上,代表地面站;另一个悬在球面附近,代表空间站。让空间站绕着球移动,它很快就会转到球背面。距离依旧不远,通信窗口却关闭了。实际通信还会受到地形遮挡、天线指向以及允许的最低仰角等因素影响。
图源:央视新闻
把“接力员”放到更高处
要解决“看得见才能通信”的问题,思路主要有两条:一是多建地面站,让空间站飞到哪儿都更容易被“接住”;二是把“接力员”放到更高的地方,让它替地面站和空间站牵线搭桥。
天链中继卫星干的就是这个活儿。它飞在地球静止轨道上,跟着地球一起转,从地面看,它就像停在天空中的某个位置。因为它站得高,能“看”到很大范围内的低轨航天器;当它同时也能“看”到地面站时,就可以把空间站的数据接过来,再转发回地面。
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不过,一颗卫星同样会被地球挡住,所以需要多颗卫星组成网络,互相接力、随时切换。按现有设计,三颗星组网就能覆盖中低轨道近100%的范围,目前这个系统已经有十多颗卫星在轨。
代价是信号跑的路更长了。可以简单算一下:
无线电在太空中的速度大约是每秒30万公里。如果空间站正好在头顶,直着传到地面,大约400公里,单程只要1.3毫秒。但如果绕到3.6万公里高的中继卫星再回地面,单程大约7万多公里,需要约0.24秒;来回就是约0.48秒。
当然,这只是理想情况下的估算,实际距离会变,视频通话还要经过编码、处理和网络传输,所以不能把0.24秒当成固定延迟,也不能凭一段视频就判断它走了哪条通信链路。
空间站里有Wi-Fi,也不等于航天员的手机能直接连上地面的路由器——Wi-Fi只管舱内,跨出太空那一段,还得靠专门的通信设备。
未来能又稳又快吗?
未来能不能既联系得久,又传得更多?思路之一,是用激光通信。2026年3月,中国科学院公布了一项高轨星地激光通信试验:在最远约4万公里的距离上,上下行速率都达到每秒10亿比特,链路连续稳定维持超过3小时。这个速率很高,但要注意,这是卫星与地面之间的试验,不能据此认为空间站已经用上了激光中继。
激光通信的难点在于激光束很窄,像一根极细的“光线”,要对准、跟稳都不容易,相关技术还在持续发展。如果将来稳定建链、持续传输和网络切换都更成熟,空间通信就有望传回更多数据。
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但不管带宽怎么提高,都绕不开光速限制:带宽变大,能让一批数据传完得更快,却不会让每一个信号更快地跨过同样距离。
所以,空间站通信选择“绕远路”,本质上是用更长的传播距离,换取更多可连接的时间。衡量这条路值不值,不能只看公里数和延迟,还要看什么时候能通、能通多久、能送回多少信息。快和久,往往要一起权衡。
如果未来太空通信真的又快又稳,
你最想用它做什么?
是高清直播看地球,
还是跟月球基地实时聊天?
编辑:蔡少颖
审阅:莫文艺、冯海波、刘肖勇
综合:科普中国、央视新闻
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发布时间:2026-11-09 18:31:16
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