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神舟十二号“天地通话”:传输时延和地面打电话差不多

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192 2021-06-23 20:27:59

6月23日,习近平总书记来到北京航天飞行控制中心,同航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波天地通话。

完成天地通话需要三者共同参与,即空间站、天链中继卫星和地面站。

在空间站天和核心舱上,10余台有线和无线网络摄像机、有线和蓝牙耳机、手机、PAD、笔记本电脑都可作为网络终端。它们将采集到的图像和话音数据通过有线或无线Wi-Fi连接至舱内以太网交换机,通过高速通信处理器经中继链路传输到地面。

由天链一号03星、04星,天链二号01星组成的天基测控网就像一个"太空基站",将核心舱和地面站连接起来,建立起一条太空"天路"。空间站与地面之间的语音、视频、电子邮件数据,以及下行的科学实验数据都在这里通过。

空间站话音处理器实现了三个首次:首次实现对航天器内部的各个通话终端进行实时维护与管理;首次采用数字混音技术实现各个终端之间互相通话;首次通过上注等方式对各种音频参数进行动态调整。

据悉,此次用于天地通话的图像、话音及其通信产品由中国航天科技集团八院(下称"八院")研制。

舱里舱外和地面,想和谁聊和谁聊

据八院话音产品技术负责人黄建青介绍,空间站的话音处理器融合了低速的语音编解码和高速的音频编解码。"我们只需要更低的通道,就能传送更清晰的话音。语音传输的时延能控制在1秒之内,和我们平时打电话差不多,是可以做到实时性的交互通话。"

空间站话音处理器(来源:央视新闻截图)

在体验上,空间站话音处理器相当于电话会议系统,地面可以加入,神州飞船和舱外的宇航员也可以加入,最高30种链路在线。宇航员不仅可以拉个"群聊",甚至可以单独和地面的爱人或亲朋进行一对一的"悄悄话"。

"群聊"时,还可以给各终端单独调整音量,更加精准实用。同时可以实现边听音乐边通话,真正做到了舱里、舱外和地面,想和谁聊和谁聊。

强大功能的背后,是设备的多项"技能升级"。

黄建青介绍:"神舟十二号飞船在原有天地话音链路的基础上,增加了用于交会对接的‘空空话音链路’通道。可以实现载人飞船与空间站对接前的高质量双向通话,航天员不用在各个舱之间穿梭,就可以进行信息传递。"

与天地链路相比,空空链路存在带宽限制。对此,团队对话音编码算法进行了多次模拟和仿真,对编码模式进行改进。

"为了提高天地通话的可靠性,神舟十二号话音处理器增加了一路话音数据下行链路,通过USB应答机下传,通过增加冗余备份通道,确保长链路传输的可靠性。此外,加解密模块中的密码算法也进行了全新升级,使天地密话通话更具安全性。"黄建青说。

让空间站更清晰:图像分辨率提升为1080P,还是360度全景

据介绍,此次空间站和天舟货运飞船的图像产品对分辨率、监视视角提出了更高的要求,要做到"高清分辨率"和"360度全景监视"。

新一代图像产品采用了高清数字成像技术和国际最新的图像压缩编码方式,将图像分辨率由原有的标清提升为1080P高清,不仅可大幅提升清晰度,也将编码的码流控制在系统可容忍的范围之内。

码流是指在1秒钟内,通信端口在传输数据时高低电平变化的次数。单位时间内传送的数据越多,所包含的信息量也越多,是视频编码中画面质量控制中最重要的部分。

舱外高清摄像机主任设计师沈剑锋说:"为了应对舱外巨大温差、太空辐射、原子氧侵蚀等恶劣环境,我们给舱外摄像机穿上了一层具有温控功能的‘保护膜’,确保稳定性、可靠性和成像质量。"

随后,航天员还将进行出舱活动。安装在核心舱的4台全景摄像机具备360度全景视场实时成像功能,这也是国内航天领域首次实现多路图像实时拼接融合。

同时,摄像机还具备视频和照片输出功能,满足水平180度视场的高清视频输出,以及水平360度、垂直100度视场的全景照片输出需求。

"有了这些高清与全景摄像机,空间站建造过程中的交会对接、太阳翼帆板展开、中继天线升降、舱内航天员状态监视、航天员天地通话等活动都能被记录下。"八院电子所全景摄像机主任设计师徐起说。

测控通信产品项目经理:接到任务,嘴上起了好几个泡

按照空间站建造任务规划,今明两年我国将实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船以及4次载人飞船发射,于2022年完成空间站在轨建造,建成国家太空实验室,之后,空间站将进入到应用与发展阶段。

这意味着,空间站的测控通信产品研制周期要从原来的2年压缩至6个月。

"接到任务时,我们手足无措,那几天嘴上起了好几个泡。"八院测控通信产品项目经理林川回忆说。

"我们的航天精神就是,有困难一起上。" 林川介绍,团队以目标为导向,优化项目人力结构,由原来"一人负责一个型号一个产品"转变为由"团队一起负责多个型号多台产品"的并列式。

该团队技术负责人吴庆学介绍,设计师团队在充分继承神舟十一号产品设计的基础上,把电路设计成标准且通用的模块,根据最大包络设计思路,采用通用电路、印制板及结构,根据任务新要求进行适应性修改。


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