| ——遥测系统助力交会对接、天地通信侧记
在天宫一号与神舟九号首次载人交会对接任务的实施过程中，人们最关心的是航天员如何在浩渺的太空中手动完成两个飞行器的“追逐”和“牵手”。人们更希望欣赏到航天员精彩的穿舱过程，观看他们在天上如何工作和生活。而要看到天上发生的这一切，就要依靠航天科技工作者研制的遥测系统来实现。
相距百公里开始“牵手”
为了准确无误地实施交会对接，在进行对接前几个小时，天宫一号目标飞行器与神舟九号飞船便需要依靠空空通信系统开始“牵手”。
“空空通信系统是天宫一号与神舟九号在太空建立通信联系的系统。通信有很多种调制方式，我们在太空中使用的是扩频通信方式，这种方式在民用上就是CDMA方式，其特点就是频谱比较宽、抗干扰能力强、可靠性也比较高。另外，在空空通信设计中，我们采用了全数字的方案，这一技术在国内也是比较先进的。”中国航天科技集团公司八院804所天宫一号目标飞行器相关技术负责人石云墀介绍道。
在国内的通信领域，数字通信已被普遍应用。在载人航天工程一期，神舟飞船数字通信的使用还较少，多是使用模拟信号；二期工程中，数字通信才开始使用。
空空通信的技术难度大，首先体现在扩频体制。在载人航天工程二期刚起步时，扩频体制还比较先进，在空空通信系统中也是首次运用，并受到一些器件的限制。从理论到具体算法再到实践，航天科技工作者下了不少工夫，工程方案也经过了多次更改，甚至曾推倒重来。
2011年，天宫一号与神舟八号成功实施了首次交会对接，验证了空空通信系统的各项性能满足设计要求。为确保首次载人交会对接任务的顺利实施，804所对空空通信系统进行了进一步技术创新与完善，使其能更好地完成新的任务。
按照要求，实施交会对接时，船、器在相距100公里时建立通信联系，相互之间进行互锁，并传递相关数据。“为了更好地完成交会对接任务，我们进行了冗余设计，天宫一号与神舟八号在相距400公里时，相互间就能够捕捉到对方的信号，比设计预期要好很多，这为确保交会对接的成功实施奠定了基础。”石云墀介绍。
天地通信可靠性达到99.99%
首次载人交会对接实施过程中，人们最关注的是航天员在天上的精彩表演。如何与天宫一号、神舟九号飞船保持联系？这就需要依靠遥测系统来实现，而该系统可实现遥测、遥控等多个功能，在天地间架起沟通的桥梁。
遥测系统相当于一个“监视器”，由多台设备组成。其中的数传设备负责把天上的数据传下来，而应答设备则负责把地面的数据传回去。遥测系统又像是一个“听诊器”，可以把飞船上的各种数据记录下来，打包传回地面，起到信息收集的作用。通过对数据的判断比对，来检测飞船的各项性能是否正常。此外，遥测系统中的应答设备还能精确地测量飞船在太空中的精确位置以及天宫与飞船的飞行速度。同时，遥测系统设计了多条链路，保证了天地间话音与图像数据的传输畅通。
由于天宫一号要在太空飞行两三年的时间，这期间，如果设备出现故障，则无法像在地面一样进行维修、更换。因此，在设计过程中，把握通信设备的先进性和可靠性的平衡点是关键也是难点。航天工作者努力在维护先进性的同时保证其可靠。例如，飞船上装有多台性能先进的相机，但最怕振动，航天技术人员则利用结构设计等手段，来保证其在剧烈振动时还能够正常使用。
天宫一号目标飞行器自2011年发射升空后，遥测设备一直处于开机状态。由于遥测系统对于了解飞行器状态以及航天员的状态非常关键，可靠性在设计过程中被高度重视。在设计寿命期限内，遥测系统的可靠性达到99.99%以上，确保了天地间通信的通畅。
为了验证遥测系统的可靠性，航天技术人员在地面进行了大量振动、高低温、电磁兼容等试验，验证各种设备的力学、热学、电磁兼容等性能是否能够满足太空环境要求；同时由于宇宙中的辐射粒子很强，还要检测设备抗辐射性能等。
“高速路上”风景好
首次载人交会对接任务中，航天员要在太空飞行十几天。为了随时监测飞行器的情况以及航天员的身体健康状况等，技术人员用遥测的方式把各种数据传回地面，在地面发布各种指令，遥控着天上飞行器的状态。神舟九号装有四个摄像头，在地面可以通过遥控接收其中的两路图像，并随时进行切换。这些图像可以通过电视台，让普通民众看到航天员在天上的工作和生活。
“要把图像传下来，也是一个高难度的技术活。需要通过摄像机、切换器、编码器等设备，收集、压缩图像数据，再传回地面。”该系统相关技术人员袁承宇介绍道，“上世纪90年代初，图像的编码方式还是用模拟信号，如今已发展出高清、3D等技术，图像技术的发展也推动了航天技术的发展。从神一到神八，编码方式在不断进步。这样，可以更清晰地看到天上的图像。”
在载人航天工程一期时，就实现了天地图像与话音的下传，到了二期则实现了地面图像的双向传输。从理论上说，地面可以向航天员上传“大片”，只不过飞船内的屏幕小了点。一期时，天地传输的带宽还比较窄，上传“通道”相当于“乡村小路”，下传通道相当于“省道”；二期与一期比，传输通道的带宽大幅提升，堪比“高速公路”。
神舟九号飞船上使用的是标准的电视信号，清晰度较好，误码较少，基本不会出现马赛克。在编码过程中，技术人员还设计了很多纠错功能，使得下传的画面和声音数据的可靠性大幅提升，人们可以通过电视清晰地看到的航天员在空间的起居、工作的画面，全方位地感受“太空生活”。（许斌）
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