中繼衛(wèi)星“天鏈”兄弟

尹懷勤

2016年11月22日23時24分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用“長征三號丙”運(yùn)載火箭成功將“天鏈一號”04星送入太空。此次任務(wù)是“長征”系列運(yùn)載火箭的第241次飛行。

“天鏈一號”04星是我國第4顆地球靜止軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（以下簡稱“中繼衛(wèi)星”），將與“天鏈一號”01星、02星、03星完善全球組網(wǎng)運(yùn)行，強(qiáng)化天地通信系統(tǒng)功能，為我國“神舟”系列飛船、“天舟”系列飛船、空間實驗室、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)，同時為我國中、低軌道資源衛(wèi)星，環(huán)境衛(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。

“天鏈”兄弟都有哪些優(yōu)異的成績？

中繼衛(wèi)星享有“衛(wèi)星的衛(wèi)星”之譽(yù)，是轉(zhuǎn)發(fā)地面測控站（以下簡稱“地面站”）對中、低軌道航天器的跟蹤和遙控信息，以及航天器發(fā)回地面的數(shù)據(jù)的衛(wèi)星。在“天鏈一號”04星升空之前，我國早已成功發(fā)射了“天鏈一號”01星、02星和03星，它們均勻地分別定點于地球靜止軌道上，組成了中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，為我國航天事業(yè)尤其是載人航天工程的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

“天鏈一號”01星、02星、03星共同組網(wǎng)運(yùn)行后，實現(xiàn)了“天宮一號”目標(biāo)飛行器和“神舟號”載人飛船對接組合體的無縫隙中繼通信。在2013年6月“天宮一號”目標(biāo)飛行器與“神舟十號”載人飛船的交會對接，以及3名航天員進(jìn)入目標(biāo)飛行器實驗艙完成各項任務(wù)中，“天鏈一號”更顯示了天地通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿黠@優(yōu)勢。女航天員王亞平首次開展了中國人在太空的授課活動，受到國內(nèi)外各界的廣泛好評。

2016年10月中旬至11月中旬，景海鵬和陳冬兩名航天員在“天宮二號”空間實驗室內(nèi)中期駐留期間，可以收發(fā)郵件，收看《新聞聯(lián)播》，并傳回用攝像機(jī)拍下的伴隨衛(wèi)星照片，自由自在地進(jìn)行了天地視頻通話等活動。他們乘坐“神舟十一號”飛船安全返回，順利地完成了預(yù)定的各項任務(wù)。這一切的實現(xiàn)，都依賴于“天鏈一號”3顆衛(wèi)星組成的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)和地面測控設(shè)備的密切配合。

而“天鏈一號”04星的成功發(fā)射，將大大提升我國天基測控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，意味著我國天基測控系統(tǒng)進(jìn)一步走向成熟和完備。

“天鏈”兄弟是如何建成“天地之鏈”的？

概而言之，中繼衛(wèi)星的主要用途有以下幾方面：跟蹤并測定中、低軌道衛(wèi)星；為對地觀測衛(wèi)星實時轉(zhuǎn)發(fā)遙感、遙測數(shù)據(jù)；承擔(dān)載人航天器的通信和數(shù)據(jù)傳輸中繼業(yè)務(wù)；滿足民用和軍事特殊需要。以往各類軍用的通信、導(dǎo)航、氣象、偵察、監(jiān)視和預(yù)警等衛(wèi)星的地面航天控制中心，要通過一系列地面站和民用通信網(wǎng)進(jìn)行跟蹤、測控和數(shù)據(jù)傳輸。而中繼衛(wèi)星則可以擺脫對絕大多數(shù)地面站的依賴，自成獨立的專用系統(tǒng)，更有效地為衛(wèi)星等軍民兩用的航天、器服務(wù)，更及時地進(jìn)行載人航天器與地面站的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

“天鏈一號”01星、02星、03星3顆衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，使我國成為世界上繼美國。俄羅斯之后第3個擁有了對中、低軌道航天器具備近100%覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。“天鏈一號”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)也正式構(gòu)建起了我國順暢通信的“天地之鏈”。

“天鏈”兄弟為什么要到太空去工作？

我國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)主要應(yīng)用于載人航天工程，為載人航天器與地面站之間的通信提供了穩(wěn)定的天地鏈路，架起了無形的天地溝通橋梁，使載人飛船和目標(biāo)飛行器在全部飛行的時間內(nèi)保持與地面的聯(lián)系，還可承接傳輸電話、電視和數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。

在沒有中繼衛(wèi)星之前，中、低軌道航天器的測控和數(shù)據(jù)傳輸主要依靠地面接收設(shè)備，也就是人們通常所說的地面站來打通天地之間的通信渠道，既發(fā)出遙控指令，又接收下傳信息。由于中、低軌航天器都是在200～2000千米的軌道上運(yùn)行，受地球曲率和無線通信直線傳播的影響，只有在占其軌道周期2%～3%的很少一段時間內(nèi)能夠與一個固定地面站建立穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，故而需要建設(shè)分布廣泛的多個地面測控站和安排一定數(shù)量的測控船。

對于在太空飛行的搭載著航天員的載人航天器來說，地面站希望每時每刻都能與其保持聯(lián)系?？墒?，同一個地面站能夠與航天器保持通聯(lián)的時間是極其有限的。如果錯過了對話時機(jī)，想要再次搭話，地面站就要等航天器再次環(huán)繞地球一圈。為了贏得更多時間來與航天員搭話，就需要盡可能多地在地面設(shè)置測控站和遠(yuǎn)洋測量船，為此也要付出高昂的代價。比如，對于軌道高度高于300千米的航天器，需要在地球上配設(shè)100多個地面站才能完成每時每刻的天地通聯(lián)。鑒于地理環(huán)境和政治因素，這根本不可能實現(xiàn)。

有了在地球靜止軌道上的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，就可以解決這一難題，大幅度減少地面站、遠(yuǎn)洋測量船的數(shù)量。中繼衛(wèi)星系統(tǒng)不僅對載人航天器和地面觀測站能實現(xiàn)全覆蓋，而且經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。隨著中國航天事業(yè)的發(fā)展，中繼衛(wèi)星將得到更廣泛的應(yīng)用。一直堅守崗位、執(zhí)行任務(wù)而又默默無聞的“天鏈一號”中繼衛(wèi)星兄弟們，現(xiàn)在已被人們認(rèn)識并獲得贊譽(yù)，相信它們在我國航天事業(yè)的發(fā)展中會不斷鑄就新的輝煌！