12月9日15時(shí)40分，“天宮課堂”第一課在空間站正式開課。神舟十三號(hào)乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在軌展示了中國(guó)空間站工作生活場(chǎng)景，演示微重力環(huán)境下細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)、物體運(yùn)動(dòng)、液體表面張力等現(xiàn)象，并與地面課堂進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。你知道穩(wěn)定清晰的畫面和聲音是怎樣從九天之外傳回來(lái)的嗎？
測(cè)控系統(tǒng)全面覆蓋，建立天地通信傳輸之路
記者從中國(guó)電子科技集團(tuán)了解到，為實(shí)現(xiàn)天地互聯(lián)互通、即時(shí)通話，中國(guó)電科研制的通信測(cè)控系統(tǒng)在天地之間打造了一條寬帶、高效、穩(wěn)定的通信傳輸“天路”，滿足“超長(zhǎng)待機(jī)”需求。
測(cè)控系統(tǒng)全面覆蓋，建立天地通信傳輸高速天路。在陸上測(cè)控站、中繼衛(wèi)星系統(tǒng)中，中國(guó)電科從不同維度編織了一條實(shí)現(xiàn)100%覆蓋的測(cè)控通信網(wǎng)。遍布各個(gè)測(cè)控站點(diǎn)的統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)，與架設(shè)在太空36000公里的中繼衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，在天與地之間打造一條寬帶、高效、可靠的通信傳輸天路，提供天地之間的圖像傳輸。
中國(guó)電科研制的天鏈一號(hào)地面終端站是數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的重要組成部分，是保證天地信息傳輸?shù)年P(guān)鍵。為適應(yīng)空間站任務(wù)需求，中國(guó)電科對(duì)天鏈一號(hào)地面終端站進(jìn)行了升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了鏈路資源的自動(dòng)化分配及故障自動(dòng)處置，提高了任務(wù)運(yùn)行的可靠性，縮短了任務(wù)準(zhǔn)備和故障處置時(shí)間。
天地鏈路的互為備份，可保證無(wú)論飛船飛行軌道和位置如何變化，都能讓地面穩(wěn)定地接受信號(hào)，支撐完成太空授課。
通信系統(tǒng)全面升級(jí)，助力通信實(shí)時(shí)交互
衛(wèi)星通信裝備作為天地間的“順風(fēng)耳”和“千里眼”，是天地話音圖像的管理和指揮中心，負(fù)責(zé)將各測(cè)控站點(diǎn)的話音、圖像、測(cè)控等關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送至中心，為指揮決策提供支持。
為適應(yīng)載人空間站和神舟飛船任務(wù)對(duì)通信系統(tǒng)的要求，中國(guó)電科新建了多套固定站、車載站和便攜站，并對(duì)衛(wèi)星通信設(shè)備硬件及軟件進(jìn)行了升級(jí)改造。在新建和升級(jí)后的系統(tǒng)中，采用自主研制生產(chǎn)的大功率功放等設(shè)備，系統(tǒng)傳輸容量提升5至10倍，衛(wèi)星通信傳輸能力大大提升，可滿足載人空間站長(zhǎng)期在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>
要想在電視上看到清楚畫面，需要天地圖像編解碼終端對(duì)音視頻進(jìn)行編碼壓縮。中國(guó)電科新研制的多種天地圖像編解碼終端，可適應(yīng)載人空間站多艙、多場(chǎng)景天地圖像傳輸要求，完成低速圖像、高清圖像及全景圖片等各類圖像信息的傳輸，為天地之間聯(lián)通構(gòu)建可視化平臺(tái)。
同時(shí)，據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)測(cè)控與通信分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師易予生介紹，此次天地授課基于我國(guó)天鏈中繼系統(tǒng)，采用高速雙向音視頻傳輸，以天地對(duì)話等互動(dòng)形式開展，艙內(nèi)采用多臺(tái)高清攝像機(jī)通過中繼高速鏈路將高清視頻實(shí)時(shí)傳送至地面，地面上行兩路高清圖像送至艙內(nèi)顯示器，從而實(shí)現(xiàn)雙向視頻傳輸。為了確保授課高可靠、高水平地順利實(shí)施，研制團(tuán)隊(duì)對(duì)授課過程、天地協(xié)同程序進(jìn)行了多次全流程協(xié)同演練。授課過程中地面工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)視空間站上各設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)天地鏈路狀態(tài)，確保參與授課的所有設(shè)備工作正常，幫助航天員太空授課更加得心應(yīng)手。
情景照明技術(shù)首次在大型載人航天器內(nèi)全范圍應(yīng)用
太空授課開始后，地面上學(xué)生們認(rèn)真聽講的畫面同步出現(xiàn)在了空間站核心艙內(nèi)，王亞平通過一個(gè)大大的液晶屏，能夠清楚地看到孩子們的一舉一動(dòng)。這個(gè)大屏幕就是儀表與照明分系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。
圖片來(lái)源：@新華社
五院空間站系統(tǒng)儀表與照明分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師李皖玲介紹，儀表與照明分系統(tǒng)是空間站系統(tǒng)中最具有航天員參與特點(diǎn)的分系統(tǒng)之一，具備人機(jī)交互功能，能夠?yàn)楹教靻T操作空間站提供交互及操作平臺(tái)，同時(shí)為航天員在軌期間的工作、生活、出艙活動(dòng)、交會(huì)對(duì)接等任務(wù)提供環(huán)境照明，其顯示、手控和照明等子系統(tǒng)使用的很多器件和技術(shù)非常新穎、獨(dú)特且趨于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域前沿。授課中發(fā)揮重要作用的液晶顯示屏，是集圖形圖像顯示、流媒體及視頻播放、報(bào)警驅(qū)動(dòng)、指令發(fā)送、天地文本交互、觸摸操作、多總線通訊、支持用戶在軌動(dòng)態(tài)配置等多功能為一體的新一代分布式數(shù)字化遠(yuǎn)程終端設(shè)備，作為人機(jī)交互儀表，是航天員的“顯示器”，為航天員提供空間站的健康狀態(tài)信息，持續(xù)為空間站運(yùn)行和航天員安全保駕護(hù)航。
早在空間站設(shè)計(jì)建造之初，五院設(shè)計(jì)師們秉承以人為本的設(shè)計(jì)理念，始終將航天員在軌生活體驗(yàn)放在首位，想盡一切辦法使他們生活更便利、工作更高效。由于空間站在軌飛行會(huì)周期性經(jīng)過地球陰影區(qū)，照明問題尤為重要。航天員在空間站的工作、生活等活動(dòng)都離不開照明設(shè)備。李皖玲介紹，照明子系統(tǒng)可以為空間站組合體提供艙內(nèi)、艙外照明支持，照明產(chǎn)品主要有情景照明、便攜照明和艙外泛光照明等?？臻g站照明子系統(tǒng)是我國(guó)首次在空間飛行器上應(yīng)用情景模式可調(diào)照明技術(shù)，也是全球首次在大型載人航天器內(nèi)部全范圍應(yīng)用情景照明技術(shù)。
在長(zhǎng)期在軌工作和生活中，單一的照明模式容易造成航天員工作效率降低、生物鐘紊亂以及睡眠障礙等問題，情景照明可以通過對(duì)色溫、亮度、照明區(qū)域的可控調(diào)節(jié)，解決上述諸多問題。照明區(qū)域可分為工作區(qū)、生活區(qū)、閱讀區(qū)、維修區(qū)等，確保了航天員工作有臺(tái)燈、吃飯有餐燈、睡眠有夜燈、讀書有閱讀燈、娛樂有照明燈，此外，航天員在進(jìn)行設(shè)備維修時(shí)還有專用頭燈，一旦發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)還有用于逃生、自救的應(yīng)急照明。這些燈具在開關(guān)時(shí)，除了像我們平時(shí)在家里開關(guān)燈一樣，使用開關(guān)板有線控制以外，還增加了手持移動(dòng)設(shè)備Wifi無(wú)線控制功能，航天員們通過手機(jī)APP就可以控制開關(guān)燈、調(diào)節(jié)亮度、色溫等。這些人性化的設(shè)計(jì)為航天員在軌工作、生活提供了一個(gè)溫馨、舒適的家。