“天链”让中国步入天基测控时代

□ 本刊特约记者 索阿娣 摄影 刘建安 南勇

卫星，对于生活在现代社会的人们来说，早已不是一个陌生的词汇。气象卫星、通信卫星、导航卫星、资源卫星、环境卫星……各种各样的应用卫星，呈现出“乱花渐欲迷人眼”的态势。

然而，一种有着天上数据“中转站”功能的卫星，还不怎么为公众所熟知。它就是中继卫星，被誉为“卫星的卫星”。

今年7月11日发射升空的天链一号02星，就是一颗中继卫星。它和2008年4月25日升空的天链一号01星都是我国天基测控系统的重要组成部分，将逐渐使我国从地基测控时代转入天基测控时代。这两颗星的组网运行，也标志着我国成为继美、俄后第三个拥有中继卫星系统的国家。

火箭试验队员进行测试

中低轨航天器的“效能倍增器”

中继卫星是一个数据中转站，相当于把地面测控站搬到了地球静止轨道。与地基测控相比，天基测控的最大优势就是覆盖率高。

“看，这是航天员的胡子！”2008年胡杨泛金的季节，在神舟七号载人飞船进入太空后，北京飞行控制中心对天链一号01星进行了测试，发现“从上面传下来的飞船画面质量大大超过了地面测控站所提供的画面质量”。

高质量的语音和画面信号，凸显了中继卫星的应用价值。这让科研人员们兴奋不已，更让用户方感到十分满意，很快便将天链一号02星、03星的研制工作提上日程。

简单地说，中继卫星是一种负责跟踪、测量和控制其他卫星，并在这些卫星和地面之间转发数据的专用卫星。它通常运行在距离赤道36000千米的地球同步轨道，利用其高高在上的优势，对中低轨道航天器或地面目标进行跟踪、测控和数据中转。

火箭助推器吊装

“它是一个数据中转站，相当于把地面测控站搬到了地球静止轨道。”天链一号工程总师白拜尔说，“与地基测控相比，天基测控的最大优势就是覆盖率高，其次还有实时性、经济性等诸多优点。”

长期以来，地面与航天器之间的联系是通过地基测控实现的，也就是利用地面测控设备（陆基站、测量船和测量飞机），对航天器发射和在轨运行进行测控与通信支持。由于电磁波直线传播特征和地球曲率的限制，一个地面站只能测控一定范围的航天器。

从理论上讲，只要建立足够多的地面站，就能够实现对航天器100%的覆盖率。由于地球表面70%以上是海洋，必须建设海上测量船，但造价和维护费用十分昂贵，且多测控站同时工作也会降低通信的实时性。

事实上，地面测控站的覆盖率总是十分有限。以美国为例，其覆盖率最高的载人航天网，耗资达6亿美元。在执行阿波罗任务时，其20多个地面站在最有利的条件下也只能覆盖30%以下的地球轨道。

“而在天基测控中，单颗中继卫星对低轨航天器的覆盖率不低于50%，两颗中继卫星就能基本覆盖75%的中低轨道，三颗中继卫星组网则可实现对中低轨道航天器的连续跟踪和数据通信，是中低轨道航天器的效能倍增器。”白拜尔解释说。

1963年，世界上有人提出利用地球同步卫星转发功能进行测控的新概念。经过多年研制和试验，1983年4月4日，美国发射了世界上第一颗跟踪与数据中继卫星，开创了天基测控新时代。

从那以后，美国已成功发射两代共9颗轨道跟踪与数据中继卫星，目前仍有8颗在轨组网运行，且签订了第三代中继卫星研制合同。美国是世界上唯一拥有具备全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。

俄罗斯虽然建立了自己的中继卫星系统，但未形成全球覆盖能力。欧洲和日本各发射了一颗试验中继卫星。这两颗中继卫星均获得了在轨成功运行的经验，但只是单星工作，未形成组网系统。

天链一号02星的发射，并与01星组网运行，将使我国成为世界上第三个拥有中继卫星系统的国家。

引领中国进入天基测控时代

中继卫星可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，增强航天员安全和任务成功的保障系数，同时也可极大提高各类卫星使用效益和应急能力。

近些年来，中国航天事业发展速度之快引得世界瞩目。中国已经成为一个名副其实的“航天大国”。今年下半年，我国还将开展首次空间交会对接试验，为未来的空间站建设作准备。

作为我国航天科技工业的主导力量，中国航天科技集团公司现已进入了火箭高密度发射、卫星多任务并举和载人航天全面攻坚的发展阶段。

中国空间技术研究院通信卫星事业部部长周志成（右）与卫星总师王家胜

卫星试验队员在仔细工作

如何为卫星、飞船等航天器提供数据传输和测控服务，增强航天员安全和任务成功的保障系数，同时极大提高各类卫星使用效益和应急能力，使资源、环境等卫星观测数据实时下传，为应对重大自然灾害等赢得更多预警时间，成为了摆在中国航天事业面前的一个重要课题。

“我国的陆海测控网轨道覆盖率仅为12%左右，无法满足载人航天越来越高的要求。此种形势下，发展自己的具有高覆盖率的天基测控系统显得刻不容缓。”中继卫星控制管理中心有关负责人表示。

在我国从上世纪90年代中后期，我国就开展了对中继卫星的重大科研工作，并取得了可喜的成绩。2008年，天链一号01星曾使神舟七号飞船的测控覆盖率大幅提高到50%左右，其优异的性能受到了国际社会的高度关注。美联社、路透社等机构在第一时间进行报道。

2011年，是中国航天发展非常重要的一年。这一年，我国将执行技术难度和风险性极高的空间交会对接任务，而中继卫星系统是实现空间交会对接的重要技术手段。

因为测控系统在执行交会对接任务时，测控系统将持续20多个小时，只有中继卫星才能保证对航天器的连续监视、通讯，并将实况实时送回测控中心，提高任务安排的安全性和灵活性。

有数据显示，美国的一颗中继卫星支持16次航天飞机飞行任务的利用率达97.4%。特别是1983年11月执行第9次航天飞机飞行时，航天员第一次享受到与地面几乎不中断的通信。在执行任务的10天中，通过天地通信链路获得的数据比美国以往39次载人飞行的总和还要多。

也正是中继卫星系统能够从根本上解决飞船和地面的实时联系问题，被称为“革命性的新途径”。

天链一号卫星总指挥兼总设计师王家胜曾撰文指出，中继卫星最大的技术难点就是在两个高速的运动目标之间，建立稳定的链路；在高动态的情况下，能实时传输大容量数据。但事实证明，天链一号卫星研制团队攻克了这一技术难点。

“虽然我国的中继卫星起步比较晚，但可以说，我们的水平处在世界前列，且还在稳步发展中。”天链一号卫星副总设计师范子强自信地说，“我们的目标是组网运行，提高服务能力，扩大服务范围，形成稳定运行的业务中继卫星系统。”

作为“中、低轨航天器效能倍增器”和“天基信息传输系统的关键成员”，中继卫星在我国国民经济中发挥着越来越明显的作用。它的广阔前景，表明了这一卫星领域的强大生命力。它必然会引领中国进入天基测控时代。