中国“天链”组网全球

近日,天链一号04星在长征三号丙运载火箭的托举下挺进浩瀚苍穹。天链一号是中国首颗地球同步轨道数据中继卫星,04星升空后,由01、02、03、04星组成的全球网可为我国神舟飞船、空间实验室、未来空间站提供数据中继与测控服务,支持空间交会对接任务,为航天器发射提供测控支持；同时为中、低轨道卫星提供数据中继服务,将数据进行实时下传,极大提高各类卫星的使用效益和应急能力。

①遍布全球的“天链网”

航天器密集升空,受地球曲率和电波直线传播的影响,地面测控的缺陷日益明显。以中国载人航天为例,可控陆地站点、海洋船组成的地基站网每天只有约3小时可与飞船实时联系。

随着人类探索、开发和利用空间活动的不断深入,新型空间信息传输系统——中继卫星应运而生。

中继卫星的全称是跟踪与数据中继卫星,被称为“卫星的卫星”,从理论上讲,就是一种特殊的通信卫星。它相当于把地面测控站升高到地球静止卫星的轨道高度,可以“居高临下”观测近地空间内运行的航天器。

一般的通信卫星作为空中转发站,两边的任务对象都是地面站,而中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中、低轨道航天器,又能直视地面站,是沟通航天器与地面站的桥梁,可用来取代多艘“远望”系列航天测控船。

2003年,中国天链一号中继卫星系统工程立项,01星在2008年成功发射,当年就圆满完成“神舟七号”数据中继任务。2011年、2012年相继成功发射天链一号02、03星,它们同时运行并与地面应用系统、中继终端等组成跟踪与数据中继卫星系统,成为世界第二个拥有对中、低轨道航天器全球覆盖中继卫星系统的国家。

中国航天科技集团五院院长张洪太说,与其他中继卫星系统相比,天链一号中继卫星系统所需的卫星数量少、地面控管网络简单、工作效率更高。

目前发射的天链一号04星是我国第4颗地球同步轨道数据中继卫星,与此前发射的天链一号01星、02星、03星实现全球组网运行,4星共轨,实现全球覆盖。

②用途广泛的“中转站”

中继卫星的主要功能是进行天基测控和空天数据中继,可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。相比于地基测控,天基测控的最大优势就是覆盖率高,具有实时性、经济效益高等优点。

中继卫星作为在太空中运行的数据“中转站”,扮演着“太空侦查员”“通信接线员”“太空导航员”的角色,对中、低轨道卫星进行实时监控,使资源卫星、环境卫星等数据实时下传,为太空运行的航天器提供预警预报、导航定位,使太空航行准确安全。

天链一号04星总设计师王典军说,在天链一号04星发射之前,通过01、02、03星组网,已经完成了对于全球200公里以上、2000公里以下空间的全轨道覆盖,覆盖率近100%。天链一号中继卫星系统除了为我国中、低轨道资源卫星提供数据中继服务,为航天器发射提供测控支持之外,更重要的是为我国“神舟”系列飞船、“天宫”目标飞行器和载人航天提供数据中继和测控服务。

在刚刚结束的“神十一”飞船和“天宫二号”空间实验室飞行任务中,得益于天链一号中继卫星系统,航天员与地面完成“天地通话”；通过中继卫星前向高速数据上行传输功能,首次实现“天地双向视频通话”；首次实现航天员与地面同步收看《新闻联播》,画面、语音清晰流畅。

③机动灵活的“创新星”

据了解,于2008年发射的天链一号01星,其设计寿命为6年,目前已在轨超期服役两年多。天链一号04星计划要接替我国首颗中继卫星天链一号01星,实现我国中继卫星系统的更新换代。据天链一号卫星总设计师王典军透露,由于目前天链一号01星在轨运行良好,04星进入预定轨道后,“四星”共轨的局面还会维持一段时间,也就是说天链一号“四兄弟”将共同操持“家务”,继续为未来载人空间活动和多种卫星继续提供高质量的数据中继服务,此外,04星作为备份星,可以在多个轨位上工作,增强卫星的灵活机动能力。

张洪太说,中国的中继卫星系统建设走出了一条符合国情、技术上自主创新的道路。比如:不依靠国外建站,实现对用户航天器全球覆盖；突破了星上自主闭环精密捕获跟踪等关键技术,解决了高速运动航天器之间跟踪与高速数据中继问题；建立了星—星、星—地技术体制和全程链路指标体系。

目前,我国中继卫星系统技术正在应用于后续中继卫星、导航卫星、长征五号运载火箭等系统的设计和建设,打造中国国防信息化建设的重要支持保障系统和中国空间信息传输的重要枢纽。