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天链一号

【科普】中继卫星——卫星的卫星 

2016-10-22 卓 为  崔 震 装备科技 北京空间信息中继传输技术研究中心

在执行天宫二号与神舟十一号载人飞行任务中,有这样一种卫星,它能保证24小时与天宫二号、神舟十一号随时建立联系,有力支持天宫二号入轨变轨、在轨测试、运行管理,以及天宫神舟对接、撤离和组合体飞行、航天员中期驻留、天地双向视频通话等各项任务,它就是有“卫星的卫星”之称的天链卫星,学名又叫跟踪与数据中继卫星,它和地面应用系统、中继终端等组成跟踪与数据中继卫星系统。

什么是中继卫星

中继卫星是转发地球站对中、低轨道航天器跟踪、测控信息和转发航天器发回地面信息的通信卫星。地面测控站高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响,使其在跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制。中继卫星相当于把地面上的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度,一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器,两颗卫星组网就能基本上覆盖整个中、低轨道空域。

中继卫星的主要用途及特点

中继卫星被称为“卫星的卫星”,可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务,以较低的成本和较少的地面站解决原来全球布站的地面测控网也无法提供的高用户覆盖率,极大提高各类卫星使用效益和应急能力,能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传,为应对重大自然灾害赢得更多预警时间,主要用途有:跟踪、测定中、低轨道卫星;为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据;承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务等。中继卫星集跟踪、测控、数据中继等多种功能为一体,是空间信息传输的枢纽和高效的天基测控设施,具有高速率、高动态、高覆盖特点,用户主要为卫星、飞船等高速运动目标。

我国中继卫星发展状况

我国从20世纪70年代开始进行中继卫星的概念研究,90年代有关技术论证获得成功。2008年4月,“天链一号01星”成功发射并顺利在轨运行,使我国成为继美国、俄罗斯、欧洲和日本之后第五个拥有中继卫星的国家,实现了我国航天测控由陆海基向天基的跨越。2011年7月、2012年7月,先后成功发射“天链一号02星、03星”并与01星组网运行,我国成为继美国之后实现中继卫星系统三星组网、全球覆盖的国家,航天测控覆盖率提升到近100%,从此我国正式建成比较完备的第一代中继卫星系统。

国外中继卫星发展状况

美国

美国中继卫星系统也称为天基网,是美国航空航天局(NASA)三大测控网之一,主要为美国低轨军民用卫星、国际空间站、科研飞机与气球、运载火箭等用户提供测控信息和业务数据中继。截至2014年底,美国已发射3代共11颗中继卫星,在轨服役9颗。

俄罗斯

饿罗斯中继卫星系统于20世纪80年代开始建设,到1999年第一代5颗卫星全部退役。第二代中继卫星系统3颗卫星于2011-2014年相继发射,组成星座提供全球覆盖,在国际空间站与地面飞行控制中心之间提供电视和数据通信。

欧盟

欧洲航天局于2001年发射第一代数据中继卫星,2003年投入使用,2010年达到寿命期。为了实现欧洲独立战略,2008年开始提出兴建“欧洲数据中继卫星”系统,经过几年的发展演变,最终确定于2017年前发射两颗中继卫星,每颗卫星寿命15年。

日本

日本于2002年发射中继卫星试验星,目前仍在运行。随着日本对地观测卫星高精度化的发展,数据传输需求激增。2008年,启动了下一代中继卫星通信终端的研制。2011年,日本宇航局提出两个下一代数据中继系统方案。2014年,日本宣布计划于2019年发射“光数据中继卫星”,采用光通信与射频通信相结合的方案。


天链一号

10月17日7时42分左右,神舟十一号飞船轨道运行第一圈,作为天链一号系列中继卫星中的一员,天链一号02星就完成了对飞船的捕获,率先建立了前向与返向通信链路,开始为飞船提供测控和数据传输通道,随后天链一号03星及天链一号01星也相继开始为神舟十一号提供通道,开始共同为飞船保驾护航。这3颗天链一号中继卫星将服务于神舟十一号载人飞船的整个任务过程,包括变轨、与天宫二号的对接及分离、星地通话、飞船返回以及地面搜救等各个环节。

我国载人航天发展的历程中,最开始由于还没有中继卫星的支持,使得那时的神舟飞船无法每时每刻进行天地沟通,只能在进入地面测控站或远洋测量船的测控弧段内才行,极大地制约了载人工程的发展。为了改变这一状态,天链一号系列卫星从2003年正式启动研制工作,它是我国第一代地球同步轨道数据中继卫星,主要为我国载人航天器、空间实验室以及中、低轨卫星提供数据中继和测控服务。

天链一号01星于2008年4月25日发射成功,多次圆满的完成神舟飞船及天宫实验室为代表的航天任务,以及地面舰船、运载火箭为代表的非航天器类用户的数据中继任务。天链一号01星在轨表现优异,多次受到上级领导和用户的高度赞扬,加速了后续天链一号02星和03星的研制,这两颗星先后于2011年7月11日和2012年7月25日发射成功。据中国航天科技集团五院通信卫星专家王家胜介绍,目前3颗天链一号系列中继卫星实现了全球组网,对中低轨道测控覆盖率基本达到100%,使我国成为继美国之后世界上第二个拥有准全球覆盖能力中继卫星系统的国家,成为我国国防信息化建设的重要支持保障系统和我国空间信息传输的重要枢纽,取得了巨大的政治经济和社会效益。

天链一号有了新成员?

每一个卫星家庭都在发展壮大,天链一号系列中继卫星当然也不例外。据了解,天链一号04星已经完成研制并运抵西昌发射场,在不久的未来将飞向地球同步轨道,接替天链一号01星开展数据中继业务。天链一号系列中继卫星将继续为我国载人航天工程稳妥可靠地提供中继服务,共筑航天梦,助力中国梦!


2016.07近日,中国航天科技集团公司九院704所高码率数传团队成功完成了基于一代中继卫星系统的传输性能提升试验。测试结果表明,与现有一代中继卫星系统的标准数传码率相比,本次试验成功将数传码率大幅提升,为一代中继卫星系统的后续升级改造及应用积累了宝贵的试验数据。 


        天链一号01星是我国第一代中继卫星系统的首颗卫星,于2008年4月25日成功发射。2011年7月和2012年7月,天链一号02 星、03星先后成功发射。三星顺利组网,实现对中低轨用户航天器的轨道近100%的覆盖率,这使我国成为世界上第二个拥有准全球覆盖能力中继卫星系统的国家。

        天链一号04星将于2016-2017年由长征三号丙运载火箭从西昌发射升空。可能会替换寿命到期的01星。


CTDRS:China Tracking and Data Relay Satellite

天链跟踪与数据中继卫星目前获得的地球静止轨道位置,看样子都在东半球。先占着轨位(slot),不一定全部用的上。

 

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