中國“天鏈”組網(wǎng)全球：通信接線員 太空導航員偵查員

近日，天鏈一號04星在長征三號丙運載火箭的托舉下挺進浩瀚蒼穹。天鏈一號是中國首顆地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，04星升空后，由01、02、03、04星組成的全球網(wǎng)可為我國神舟飛船、空間實驗室、未來空間站提供數(shù)據(jù)中繼與測控服務(wù)，支持空間交會對接任務(wù)，為航天器發(fā)射提供測控支持;同時為中、低軌道衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，將數(shù)據(jù)進行實時下傳，極大提高各類衛(wèi)星的使用效益和應(yīng)急能力。

① 遍布全球的“天鏈網(wǎng)”

航天器密集升空，受地球曲率和電波直線傳播的影響，地面測控的缺陷日益明顯。以中國載人航天為例，可控陸地站點、海洋船組成的地基站網(wǎng)每天只有約3小時可與飛船實時聯(lián)系。

隨著人類探索、開發(fā)和利用空間活動的不斷深入，新型空間信息傳輸系統(tǒng)——中繼衛(wèi)星應(yīng)運而生。

中繼衛(wèi)星的全稱是跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，從理論上講，就是一種特殊的通信衛(wèi)星。它相當于把地面測控站升高到地球靜止衛(wèi)星的軌道高度，可以“居高臨下”觀測近地空間內(nèi)運行的航天器。

一般的通信衛(wèi)星作為空中轉(zhuǎn)發(fā)站，兩邊的任務(wù)對象都是地面站，而中繼衛(wèi)星在地球同步靜止軌道上運行，既能直視中、低軌道航天器，又能直視地面站，是溝通航天器與地面站的橋梁，可用來取代多艘“遠望”系列航天測控船。

2003年，中國天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程立項，01星在2008年成功發(fā)射，當年就圓滿完成“神舟七號”數(shù)據(jù)中繼任務(wù)。2011年、2012年相繼成功發(fā)射天鏈一號02、03星，它們同時運行并與地面應(yīng)用系統(tǒng)、中繼終端等組成跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，成為世界第二個擁有對中、低軌道航天器全球覆蓋中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。

中國航天科技集團五院院長張洪太說，與其他中繼衛(wèi)星系統(tǒng)相比，天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)所需的衛(wèi)星數(shù)量少、地面控管網(wǎng)絡(luò)簡單、工作效率更高。

目前發(fā)射的天鏈一號04星是我國第4顆地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，與此前發(fā)射的天鏈一號01星、02星、03星實現(xiàn)全球組網(wǎng)運行，4星共軌，實現(xiàn)全球覆蓋。

② 用途廣泛的“中轉(zhuǎn)站”

中繼衛(wèi)星的主要功能是進行天基測控和空天數(shù)據(jù)中繼，可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)。相比于地基測控，天基測控的最大優(yōu)勢就是覆蓋率高，具有實時性、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點。

中繼衛(wèi)星作為在太空中運行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，扮演著“太空偵查員”“通信接線員”“太空導航員”的角色，對中、低軌道衛(wèi)星進行實時監(jiān)控，使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實時下傳，為太空運行的航天器提供預警預報、導航定位，使太空航行準確安全。

天鏈一號04星總設(shè)計師王典軍說，在天鏈一號04星發(fā)射之前，通過01、02、03星組網(wǎng)，已經(jīng)完成了對于全球200公里以上、2000公里以下空間的全軌道覆蓋，覆蓋率近100%。天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)除了為我國中、低軌道資源衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，為航天器發(fā)射提供測控支持之外，更重要的是為我國“神舟”系列飛船、“天宮”目標飛行器和載人航天提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)。

在剛剛結(jié)束的“神十一”飛船和“天宮二號”空間實驗室飛行任務(wù)中，得益于天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，航天員與地面完成“天地通話”; 通過中繼衛(wèi)星前向高速數(shù)據(jù)上行傳輸功能，首次實現(xiàn)“天地雙向視頻通話”;首次實現(xiàn)航天員與地面同步收看《新聞聯(lián)播》，畫面、語音清晰流暢。

③ 機動靈活的“創(chuàng)新星”

據(jù)了解，于2008年發(fā)射的天鏈一號01星，其設(shè)計壽命為6年，目前已在軌超期服役兩年多。天鏈一號04星計劃要接替我國首顆中繼衛(wèi)星天鏈一號01星，實現(xiàn)我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的更新?lián)Q代。據(jù)天鏈一號衛(wèi)星總設(shè)計師王典軍透露，由于目前天鏈一號01星在軌運行良好，04星進入預定軌道后，“四星”共軌的局面還會維持一段時間，也就是說天鏈一號“四兄弟”將共同操持“家務(wù)”，繼續(xù)為未來載人空間活動和多種衛(wèi)星繼續(xù)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)中繼服務(wù)，此外，04星作為備份星，可以在多個軌位上工作，增強衛(wèi)星的靈活機動能力。

張洪太說，中國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)走出了一條符合國情、技術(shù)上自主創(chuàng)新的道路。比如：不依靠國外建站，實現(xiàn)對用戶航天器全球覆蓋;突破了星上自主閉環(huán)精密捕獲跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)，解決了高速運動航天器之間跟蹤與高速數(shù)據(jù)中繼問題;建立了星—星、星—地技術(shù)體制和全程鏈路指標體系。

目前，我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)正在應(yīng)用于后續(xù)中繼衛(wèi)星、導航衛(wèi)星、長征五號運載火箭等系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)，打造中國國防信息化建設(shè)的重要支持保障系統(tǒng)和中國空間信息傳輸?shù)闹匾獦屑~。