如何在国内与中国南极考察站进行无线通联？（附最佳时段和频率）

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40年前，1985年2月20日，中国第一座南极考察站——长城站，在南极乔治王岛落成。广袤无垠的白色大地上，从此有了中国人的身影。长城站建成运行以来，中国科研工作者就着手研究南极与北京的短波通信线路。“北京北京，这里是南极长城站！”神奇的电波，架起了长城站与祖国的沟通之桥。一起来看看当时的研究成果。

1.前言

南极长城站位于大西洋南部南极半岛东北部的乔治王岛上，与北京直线距离17000多公里，无线电波传播大圆距离27000公里。

南极长城站落成典礼。图源：雪龙探极官微

自1984年以来，我国先后4次派船赴南极考察（注：文章发表时的数据），船上装有长城、中山两站配备的1600瓦单边带发射机、接收机及菱形天线，与北京进行了多点试通，初步总结出南极至北京间短波通信的一些规律。

2.电波传输条件及时段选择

短波是远距离通信的最佳波长，是通过地球表面电离层多次反射而抵达目的地的。电波反射一次可传输3500-4000公里的距离。南极至北京的通信电路，一般要经过7次反射才能到达。

2025年1月28日，长城站全景。图源：自然资源部官微

众所周知，电子密度越大，电离层越厚，电子密度越小，电离层越薄。北京位于东半球，长城站位于西半球，两地时差12小时，白天、黑夜恰好颠倒，因此，电离层的变化、温差和季节对通信时段的选择至关重要。

2.1 根据电离层变化选择通信最佳时段

通信时段应选在电离层最稳的时间内，当北京时间在09:00-17:00时，太阳光线照射较强或最强，电离层的高度较低或最低，而这时南极时间为21:00-05:00，电离层高度最高。在这个时段内，由于一方的电离层不稳定，影响信号的传输质量，因此不宜选择这个时段作为通信的最佳时段。

北京时间20:00-22:00恰是南极时间08:00-10:00，这个时段内一方的电离层趋于稳定，而另一方的电离层高度刚刚开始升高，所以此时为通信的最佳时段。

2.2 根据温差变化选择通信时段

通过北京至南极（长城站、中山站）多次多点的通信实验表明，温差对通信时段的选择关系极大。

南极长城站、中山站的夏季平均气温为0-4℃。我们曾在这两站做过4次试验，结果表明，在南极日落前和北京日出前一两个小时内为通信工作时间。这个时段的北京上空电离层电子密度尚未达到最大，南极至北京间的电子密度趋于接近，温差相对缩小，此时段的通信效果最佳。

2.3 根据季节变化选择通信时段

北京从春季进入夏季，日照时间增长，气温逐渐升高，而长城站则从夏季进入冬季，日照时间缩短，气温逐渐降低，可通时段也从08:00-14:00（北京时间）缩至23:00-01:00。

北京从秋季进入冬季，日照时间由长变短，气温逐渐下降，南极和北京的温差缩小，可通时段由北京时间23:00-01:00提前到20:00-01:00。但有时，北京的春秋两季，早晚通信较为理想，而进入冬季后，通信的最佳时段为08:00-11:00。

1986年12月至1987年2月，我国南极科考船“极地”号，在乔治王岛附近多点试验结果与长城站基本一致，08:00-14:00时与北京联络较好。1988年1月至2月，该船在普里兹湾拉斯曼海域17个点的试验结果与中山站类似，与北京的最佳通信时间为08:00-13:00。

3.频段选择与信号质量

大家知道，频率的高低与波长成反比。而波长的长短又表示了电波穿透电离层的能力，波长越长，穿透力越弱，波长越短，穿透力越强。此外，频率随电子密度而变化，如果在电子密度大的情况下，选择低频率，则大部分电波被D层和E层吸收，不能达到F层进行反射，从而达不到良好的通信效果。

2024年12月22日，科考队员在阿德利岛开展企鹅繁殖情况调查。图源：自然资源部官微

3.1 F1段

北京时间：08:00-11:30；南极时间：20:00-23:30。如前所述，这段时间是长城站电离层最稳定的时候，频率变化不大。

长城站和“极地”号均使用11MHz与北京通信，而北京则用13MHz工作，情况良好。

3.2 F2段

北京时间：07:00-12:00；南极时间：19:00-22:00。此时正是北京日出前1小时，气温由低变高，电子密度增加，频率急骤变化，长城站使用频率最高达14MHz。

3.3 F3段

北京时间：07:00-08:00，19:30-21:30和06:00-08:00，17:00-22:00；南极时间：12:00-13:30，07:00-08:30和12:00，07:00-10:00。尽管这些时间也是日出日落前后，但南极已进入夏末，电离层密度高而稳定，长城站使用13MHz通信最佳。

3.4 F4段

北京时间：07:00-08:00，19:00-00:00；南极时间：12:00-20:00，07:00-08:00。北京初夏正值南极初冬，电离层变化剧烈且密度减小，频率降低，一般情况下，12MHz为理想通信频率。

从以上3个表格可以看出，在可通时段内，长城站、中山站在夏季，北京在冬季，频率选择要高一些，频率范围为9-14MHz；长城站、中山站在冬季，北京在夏季，频率选择要低一些，频率范围为8-12MHz。

在选定的时段和频段内工作，北京至南极的通话信号良好，可分等级辨清信号，各级信号所占比例统计如下：

从以上各表可见，北京和南极长城站、中山站的通话信号质量多在3、4级，如选择合适的时段和频段，偶有5级信号出现。

相反，如遇恶劣天气和其他特殊情况，通信信号质量极差，有时根本无法通信。

4.改善北京-南极短波通信的设想

几年来北京对南极的短波通信实践证明，长城站、中山站至北京的短波通信电路是可通的，但也确实存在一些影响短波通信的障碍和不利因素。

4.1 电离层突然被骚扰

如遇太阳黑子爆发等，都会出现局部电离层密度增加或减小，形成突发性Es层，影响电波的传播，中断信号传输达几十秒甚至几十分钟。

4.2 极地强磁场干扰

由于普里兹湾和乔治王岛大部分被冰雪覆盖，岛东岸常有大雪崩和地滑发生，岸上多岩石和暗礁，极地强磁场干扰严重，电离层常发生爆变。爆变初期，电离层呈混乱状态，层次不清。爆变后，上层电离层，尤其是F2层逐渐扩张，临界频率降低，而电离层对低频的吸收能力强，使信号变弱，会较长时间影响通信。

4.3 天电干扰

雷电对短波通信干扰很大，这种情况多半出现在北京的夏季。由于长城站、中山站使用设备的发射功率小，北京接收长城站、中山站信号时，天电干扰会把信号全部淹没，严重时会中断通信。

4.4 天线包冰干扰

冬季收、发信设备天线上的包冰（直径10-15cm）会影响短波通信。这是因为电波经包冰天线后，有一部分功率被损耗，使收到的信号下降1-2个等级。

克服以上不利因素的方法：

（1）合理选择工作时段，以防电离层突然被骚扰。一旦发现太阳黑子爆发等特殊情况，要重新确定双方出联时间，尽量避开电离层密度突然增加或减少的时间。

（2）根据极地强磁场的变化规律选择通信时段和频段。

1986年春，我国有关部门已在南极安装极地强磁场测量装置，建议越冬考察队员密切注意极地强磁场的变化，选择合适的时间和频率。

（3）充分利用现有通信设备，发挥人的主观能动性。实践证明，南极与北京双方使用菱形收、发信天线效果较好。菱形天线具有方向性强、增益高等优点，在同等条件下，比10米鞭状天线提高2个信号等级。为减少电波在包冰天线上的损耗，除定期敲打天线包冰外，还要适当增加天线防包冰装置。