宇宙飞船即使装备了先进的定位导航和控制系统，还是需要地面控制中心定期照看。同时，飞船收集的各种科学数据也需要从太空发送到地球上进行分析研究。因此，飞船和地面之间需要用快捷且方便的方法交换信息、传输数据。以光速穿越外层空间的无线电波就成了非常自然的选择。
无线电波在传播的过程中会随着距离的增加变得越来越微弱，就像在街上看汽车的大灯，远处的灯光一定比近处来得暗。即使宇宙飞船运行在离地面很近的轨道上，距离地面也有近200千米，所以地面需要功率很大的无线电发射机才能保证飞船能够接收到足够强的信号。这种无线电设备的发射能量是家用微波炉的几十倍甚至几百倍。不过，飞船上的发射设备自然不能这么庞大复杂，只能安装小型的无线电发射机，发射的信号强度也弱得多。所以，地面要接收从太空中飞船上发出的无线电信号，需要使用巨大的碟形天线和灵敏度极高的接收设备，以及各种降低宇宙和地面噪声影响的技术。
能够接收和发射信号只是完成了使用无线电遥控飞船和发送信号的第一步，如何将所需要的信息通过无线电波上传下达也十分重要。世界上第一个人造卫星只有一个无线电发射机，它发出著名的连续“嘀——嘀”响声。在这单调的声音里就编入了关于卫星内温度和气压的资料，使地面测控人员可以了解卫星的运转情况，以及它是否已被小流星打穿了。后来出现的人造卫星和宇宙飞船越来越复杂，由数十个用途不同的系统构成。如果每个系统都配一个专用的无线电收发机，那么所需的电力太多，所占的体积太大，飞船容纳不了。众多无线电设备的天线还会相互干扰。为了减少互相干扰和简化设计，飞船往往只使用一个主要频道和少数的辅助频道，使用一套无线电系统处理所有和地面之间的无线电联系，所有需要发送的信息都只能使用同一个频道发送。
艾伦望远镜阵列（巨大的碟形天线阵列）
将多种信息填塞到一个单独的无线电频道的技术其实并不新鲜，电视就是将图像和声音一起通过同一个无线电频道发送的。早期由于技术限制，宇宙飞船使用的短波信号只能同时传输声音和飞船各系统使用的电码，发送图片信息的速度很慢也不可靠。所以，第一艘载人飞船“东方1号”只能断断续续地将加加林在飞船里活动的粗糙图像送回地面。“阿波罗”飞船登月的时候使用了一套先进的微波系统，这就像从普通宽带网络换到了光纤上网，可以在地球和飞船之间传送更多的信息，即使发送电视直播信号也不会干扰数据传输。地球上约6亿人在电视里看着阿姆斯特朗在月球上踏出了第一步。现在，包括“神舟”飞船在内的飞船都普遍使用了新一代的数字微波系统，和飞船里的航天员进行即时的视频通话，就像在地面上打电话一样方便。
解决了电波的发送接收，以及如何让电波携带信息的问题后，地面就可以用无线电控制宇宙飞船了。地面控制中心的电子设备把需要发出的指令编成电码，用电码调制副载波或载波，无线电载波通过地面的无线电发射机，发射到太空。飞船上的无线电设备接收到无线电载波，从中解调出电码后就将电码转换成各个系统可以识别的指令。飞船需要发送数据回地球的时候，也通过类似的步骤将各种数据转成电码调制在无线电载波上发送回来，经过地面处理后转换成原始数据供地面控制中心使用。
早期的飞船因为电子系统不够先进，只能由地面发出指令告诉飞船上的系统如何运作。如果飞船飞到月球轨道或其他行星，以光速传播的无线电波都不够快，发送指令并等待飞船回答的过程漫长得令人无法接受。现在的飞船都装备有电脑，储存了完成复杂任务所需的各种步骤，地面只要提前发送诸如“在某个时间点火减速”或者“在某个时间朝着哪儿打开摄像机拍照”的任务，飞船上的电脑就会在预定的时间执行内置的一连串指令完成相应的任务，再把任务执行结果发回地球，减少来回通信上浪费的时间。
天地激光通信示意图
那如何保障飞船收到了正确的信号，地面也收到了正确的数据？飞船和地面的通信内容每一部分都会加上用于“验算”的数字标记，飞船或者地面的计算机收到通信内容首先会进行检查内容正确性的计算，一出差错就会丢弃那部分内容，并指示对方重新发送一次。另外，为了防止其他人利用无线电发送错误指令损坏飞船，地面控制中心在对飞船发出指令的同时必须附带一组密码，就像去银行取钱需要密码那样，飞船在确认密码正确后才会读取指令并执行。（迢柳娟）
【微博士】激光通信
你知道吗，除了无线电波，激光也开始被用于天地信息传输了。激光通信的优点是信息容量大、保密性强、不怕电磁干扰和通信质量好。“国际空间站”就已经尝试利用激光将电子数据传送到地面了。这个太空激光通信系统由俄罗斯制造，它从太空发射激光，再由地面接收站从激光中解调出所传信号，从而实现信息传输。
【微问题】未来，航天员抵达遥远的火星时，地面将通过什么方法与他们互通信息？
【关键词】无线电波 航天器数据上传下行
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