2013年6月20日，航天员王亚平在聂海胜、张晓光协助下，面向全国6000余万中小学生，进行了首次太空授课。在无数观看视频直播的孩子们心中，种下了追逐航天梦想的种子。
2021年12月9日，“ 天宫课堂 ”的第一课正式开始。我国宇航员翟志刚、王亚平、叶光富亲自担任“太空教师”。在中国的天宫空间站，对青少年以天地协同、互相互动的方式，进行为时45分钟的太空授课。
2022年1月31日，翟志刚、王亚平、叶光富三人手持春联，面向全国观众拜年。看过拜年的直播后，很多人都会疑惑，天宫空间站，如何与地球保持联系？毕竟围绕地球运动的空间站，是如何做到视频、音频无差别同步的呢？
电影《流浪地球》中，我们可以看到，中国航天员刘培强通过通讯设备与地面的指挥中心进行联络，并向地面汇报空间站的情况。随后，指挥中心通过汇总各类信息，进一步发出指令，指示航天员的行动。
因此，讯息联络是航天器不可或缺的一环。到了天宫课堂、天宫拜年，已经不仅仅是信息，而是可以看到视频，并且是高清无卡顿。这一切，就要依靠我们今天的主题：太空通信技术！
说到通讯技术，就不得不提到一个无法跨过的人 —— 被称为无线电之父的古列尔莫·马可尼。1901年，马可尼完成无线电信息横跨大西洋，从英格兰传到加拿大的壮举，在当时可谓震惊世界。
到了现代，专家解释道：地球的大气层高度电离，可以反射电磁波。当时马可尼所使用发射器，发射的电磁波正是 5 ~ 30 兆赫的短波无线电。无线电信号发出后，在大气层的电离层反复传递，最终被人类的接收器接收。
因此，要想实现天宫与地面的通讯，必须先要有发射器、接收器。发射器：将要发送的讯息，通过特殊保密的方式进行编码转化成电磁波进行发送的装置。接收器：将收到的电磁波进行反向编程解码，随后获得讯息。
但是，因为天宫在距离地球 382 km高度的轨道上，与地面联络无法再次依赖短波通信。因为，空间站发出的信号极有可能被大气中的电离层弹向太空，导致地面指挥中心无法收到。因此需要高频电磁波、高增益的定向天线来完成。
方式为：增加天线增益、提高通信频率、降低噪声。增加增益，除通过增大天线面积外，还可以通过天线组网来达到小天线大增益的目的。提高频率就是由 c 波段升到 s 波段，再升到 x 波段，最高是 ka 波段
与此同时，科学家决定采用地球静止卫星。静止卫星顾名思义：位于地球赤道上空，距地面35786千米的轨道上绕地球运行。因为，绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同。因此，在地面上，它像是静止的。
科学家在地球的赤道平均分派3颗静止卫星，每个卫星夹角120°。三颗卫星刚好覆盖整个地球，杜绝死角。这样，通过地球静止卫星来接收天宫的通讯信号，随后再通过地面的信号站，传回地面指挥中心。
在这其中，用来做信号嫁接的卫星，被命名为中继卫星。目前，我国的天基测控系统通过7颗“ 天链 ”卫星来对太空中的天宫空间站进行接力跟踪，并提供全程稳定的天基测控与数据中继、传输的支持。
除了天宫空间站，在月背进行探测工作的“ 嫦娥四号 ”更是因为背靠地球，所以需要“ 鹊桥 ”中继卫星来进行嫁接通话。
众所周知，空间站与地面联络站进行联系时，每一条信息都有带宽限制。带宽，就是传播信号所占据的频带宽度。当带宽越宽，我们一次性可传输的信息就越多，传输的速度也就越快。
传统的天地通讯的方式，采用的都是电磁波。但，如果是距离非常遥远呢？比如：150万km的 JWST韦伯望远镜、5000万km的“ 天问一号 ”探测器，这些距离遥远的探测器需要和地面联络又该怎么办呢？
众所周知，电磁波的传递方式，随着距离的增加，会变得越来越微弱。因此，如今世界各国已经开始更多地采用下一代的激光传播技术。激光传播的速度是电磁波的8倍以上。可以极大地方便地面指挥中心与太空中的各类航天器的联络。
通讯专家表示，激光传播技术具备以下几个优点：
1、定向性好、保密性强。激光不仅方向性强，并且采用不可见光后，不易被敌方所截获，保密性能好。
2、通信容量更大。理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目、100亿路电话
3、发射、接收结构轻便，设备经济。因为激光束发散角度小，方向性好。因此，所需的发射、接收天线都很小
目前，激光技术刚刚投入使用。未来，它将极大方便地面指挥中心与航天器材之间的联系。我们相信，不远的将来，激光技术将更多地代替电磁波，推动发展！大家如果对于这个有更多的想法，欢迎在评论区交流！
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