大家都知道,地面不同地點的兩人之間利用行動電話通信,需要手機以及覆蓋一定區域的眾多無線基站。行動電話通信與地面固定電話通信的區別在於前者不使用複雜的縱橫交錯的地面有線傳輸網絡,而是採用無線電波傳輸信號,用戶可以隨時隨地進行通話。
天地通話類似於行動電話通信,首先需要在地面和飛船配置天地通信設備,溝通無線天地通信信道。
目前我國載人航天工程天地通信採用S頻段統一測控通信系統、天地超短波通信系統、短波通信設備和海事衛星中繼系統。S頻段統一測控通信系統具有雙向數字話音通信、視頻圖像傳輸、測軌、遙控及遙測多種功能;天地超短波通信系統利用超短波無線電信道傳遞雙向數字話音和航天員關鍵生理遙測參數;短波通信設備利用短波無線電信道傳輸半雙工模擬話音或定向信息;海事衛星中繼系統利用微波信道通過地球同步靜止軌道衛星傳輸數字話音或遙測數據。這些設備中S頻段統一測控通信系統為主用設備,其他設備作為輔助手段,保證地面與航天員間通話的穩定可靠。S頻段通信和超短波通信的傳輸能力強,但通話範圍限於地面站對飛船的可見區域;短波通信設備簡單,利用經電離層反射的無線電波可進行超視距通信,通信範圍可擴大到地面站可見範圍之外;經海事衛星的通信,由於海事衛星在距離地面約36 000千米高度的地球同步靜止軌道運行,通信覆蓋區域可擴大到全球,但海事衛星信道傳輸數據速率低,傳輸能力有限。
由於受飛船體積和功耗的限制,通常飛船上安裝的天地通信設備尺寸較小,發射功率不大。飛船上的通話終端有與航天服(艙內壓力服)結合的頭盔式通話組合和普通頭戴式通話組合兩種類型(圖2)。由於飛船內噪聲比較大,要求這些通話組合具有較強的抗噪聲能力。在飛船返回艙航天員座椅附近以及飛船軌道艙內均安裝有話音插座。話音插座設備與飛船上的天地通信設備的輸入、輸出端相連,終端與艙內壓力服上的頭盔式通話組合或普通頭戴式通話組合相連。在載人航天飛行任務的待發段、上升段以及返回著陸段,航天員處於返回艙,穿著航天服,使用與艙內壓力服結合的頭盔式通話組合與地面通話。在飛船運行段,飛船正常飛行,航天員穿著工作服在返回艙和軌道艙內工作,使用普通頭戴式通話組合與地面通話。
為了和太空中的航天員通話,地面站也要配備相應的天地通信設備。為了保證通信質量,彌補飛船設備發射功率小、接收機靈敏度低的不足,地面站設備一般要採取提高發射機發射功率、使用高增益定向跟蹤天線以及提高地面接收機靈敏度等措施。地面站經過衛星通信電路或地面光纖通信電路與北京航天飛行控制中心溝通通信電路,使航天員與指揮人員直接通話。多種天地通信系統相結合,連接著飛船和北京航天飛行控制中心,保證地面與航天員的天地通話就像我們在地面打電話一樣自然、清晰。