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天宫空间站装Wi-Fi，背后是什么黑科技？
2021-06-19 10:17:02
2021年6月17日，神舟12号发射，中国正式进入崭新的空间站时代。6月18日，三名入住的航天员，便立即开始在空间站里安装Wi-Fi设备。
====以下是不正经科普时刻====
“地球是人类的摇篮，但我们不可能永远待在摇篮里。”
这是航天先驱齐奥尔科夫斯基的一句名言，激励了无数人对航天的想象。
但生活在100年前的他并没有想到，时至今日，人类还是选择优先待在摇篮里，原因很简单：这里有Wi-Fi！
为什么地球是最好的行星？（图源：tenor）
马斯洛把人的需求分成很多等级，根据最新的“研究成果”，Wi-Fi已经成为了人类最基本的需求。
Wi-Fi的重要性可见一斑，所以航天员也要第一时间安装Wi-Fi。
====以下是正经科普时刻====
安装Wi-Fi确实有非常大的必要性，毕竟它的传输速度能极大方便空间站里的数据传递，对于航天员的工作、科研和生活都有极大的便利，也方便与地面的天地数据交互，意义很大，确实应该尽早安装。
作为人类的基本需求，相信很多人对Wi-Fi的使用原理很熟悉了：它本身只是个传递工具，覆盖较小的区域，为连接的设备快速传递数据。但Wi-Fi背后需要地面信号基站、光纤网络、通信网络和最近特别火爆的星链类低轨卫星星座等支持。
只靠一个Wi-Fi设备，就好比没有主机的电脑显示器，是没有任何意义的。
所以天宫能安装Wi-Fi，本质上是背后必须有方法把天地的信号通路给建好了，成为沟通天与地的烽火台。
天宫距离地球表面约400千米，每秒钟飞行7700米，采用绝大部分用户使用的传统基站、网线、光纤方式毫无疑问是不可能的。低轨卫星网络也无法提供有效服务，因为大家飞得都很低，都在几百千米高，不同轨道的话相对速度很快，几乎没法用。即便我们有很多地面基站，也有远望航天测量船，但显然不可能全球覆盖。
只有一个办法：把烽火台建的高一些。
这就需要涉及地球上一条最神奇的卫星轨道：地球静止轨道。它位于地球赤道上空35786千米，在这个轨道上卫星绕地球运行一周的时间恰好与地球自转完全相同，等于卫星覆盖的用户在和它完全同步运动。所以用户看起来，会觉得卫星从来没有动过，“静止”了！
而且这卫星的轨道非常高，远大于地球半径（6378千米），对地球的覆盖范围也很大。仅需要在不同经度的赤道上空布置3颗卫星，就能实现对地球全天候全天时的通信覆盖。
此时，飞行高度仅400千米的天宫想用的话，显然也没有问题。
中国的这一套系统，就是天链。这个名字太浪漫太酷了，链接天地，是一套中继卫星通信系统。
天链一号艺术效果图（图源：新华网）
天链一号的建立历史如下：
天链一号01星：2008年4月25日发射
天链一号02星：2011年7月11日发射
天链一号03星：2012年7月25日发射
天链一号04星：2016年11月22日发射，参与组网并备份替换天链01星。
所以事实上我们自2012年起就能实现覆盖全球的中继卫星通信，从运营的能力和覆盖范围而言目前基本是中国和美国最强，能实现为低轨航天器全球无缝链接通信。我做了一个图，显示早期天链一号的三颗卫星分别在非洲、印度洋、太平洋上空，能保证系统覆盖范围。
2019年3月31日，我国发射了新一代天链二号01星。它在任务规划、系统管理、业务运行上相比前一代系统取得了显著进步，数据传输速率和多目标服务能力也有较大提升，将对提高中低轨卫星、载人航天器信息回传时效性、在轨运行安全性和任务实施灵活性发挥更加重要作用。
一句话：大大加强了我国中继卫星系统的通信水平。
天链发挥的作用早在此前的载人航天任务中就非常显著了。
2003年，杨利伟进入太空时，必须依靠仅有的飞过中国上空时间抓紧与地面通信，无论是与国防部长的通话、还是与家人的通话，都必须抓住时间窗口，且只能持续5分钟左右，
跟孩子见面，家人眼泪巴巴的，确实很担心啊
但是到了天链之后，2013年6月20日的神舟10号上，王亚平给全国中小学生通过央视直播的方式，进行了长达51分钟的太空授课，期间飞船围绕地球飞了大半圈，超过20000千米！
而到了2016年11月的天宫二号+神舟十一号任务时，景海鹏与陈冬天天在任务的33天时间里，天天可以看《新闻联播》（注意下图右上角的logo，天链！）。
不仅如此，天链的应用范围也在逐渐增大，比如在我国最近几次的火箭发射过程中，就已经可以通过天链卫星向火箭及航天器发出指令，航天测控的工作量和难度减了不少。
所以，最新的天宫空间站当然可以用越来越成熟、越来越强大的天链系统，可以想象，在天链的支持下，不仅航天员会有更方便的工作环境、丰富多彩的娱乐生活和家庭互动等，我们也有更多机会跟他们互动，科学家们也会获得更大量、更及时的科研数据，大家都开心。
天链很香，但显然，天链并不简单，要不就不会世界范围内只有两三个玩家弄得出来了，这背后是航天人了不起的贡献。
