我國太空數據“中轉站”正式建成

阿瑟·克拉克（1917—2008年）

　　7月25日23時43分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號丙運載火箭成功發射“天鏈一號03星”，衛星順利進入太空預定軌道。這次發射成功后，“天鏈一號”衛星將實現全球組網運行，標志著我國第一代中繼衛星系統正式建成。

　　對于關注我國空間載人任務的人們來說，“天鏈”并不陌生。在6月底剛剛順利完成的我國首次空間載人交會對接任務中，“天鏈”字樣頻頻出現在任務監控的大屏幕上，正是這一系統，用70%以上的覆蓋率，為整個任務圓滿完成提供了高覆蓋、高可靠、高碼率、高質量的數據和圖像傳輸。

　　中繼衛星的主要功能是進行天基測控和空天數據中繼，相當于把地面測控站搬到距地面36000公里的地球同步軌道上，可為衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。

　　作為在太空中運行的數據“中轉站”，中繼衛星能使資源衛星、環境衛星等數據實時下傳，極大提升各類衛星使用效益和應急能力，因此被人們形象地稱為“衛星的衛星”。

　　中繼衛星系統集跟蹤、測控、數據中繼等多種功能為一體，是空間信息傳輸的樞紐和高效的天基測控設施。中繼衛星與通信衛星相比，通信衛星的用戶主要為地面固定站或速度較低的移動通信站，其星載天線大多指向固定，而中繼衛星星間天線大多需要跟蹤高速高動態運動的衛星、飛船等航天器。

　　中繼衛星系統由位于地球同步軌道的中繼衛星、地面應用系統和用戶終端三部分組成。中繼衛星中繼往返于地面站和用戶目標之間的信號，將地面站發射的遙控指令、測距信號和其他注入數據通過中繼衛星轉發給用戶目標，用戶目標接收、解調出遙控指令，并按照指令規定的內容做出響應，同時返向傳輸它自身獲得的數據給中繼衛星，中繼衛星接收到這些信號后，再轉發到地面。

　　“天鏈一號03星”總指揮兼總設計師、中國空間技術研究院研究員王家勝接受記者采訪時表示，一般說來，中繼衛星具有覆蓋性、實時性和經濟性等三大優點。

　　覆蓋性方面，中繼衛星系統對于中低軌航天器的覆蓋率很高，地基系統一個地面站的軌道覆蓋率只有大概2%—3%，而一顆中繼衛星的覆蓋率在50%左右。

　　實時性方面，中繼衛星能夠把資源、環境等衛星所獲取的信息實時傳回地面，由于本土的一些局限性，資源、環境等衛星信息如果靠地基的地面站接收回傳，一般需要幾個小時甚至更長的時間，而信息實時回傳對于有些航天任務來說非常重要。

　　經濟性方面，雖然理論上可以通過地基系統來完成航天測控的覆蓋性和實時性要求，但是這需要很大代價，因為要在地球上建幾十個甚至幾百個的地面站，而且有的地方（海洋、沙漠）根本不可能實現。而利用中繼衛星，3顆衛星就能夠實現全軌道覆蓋，具有很大經濟優勢。

　　“天鏈一號03星”是我國發射的第三顆地球同步軌道數據中繼衛星，由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院為主研制。經一段時間在軌驗證和系統聯調后，“天鏈一號03星”將與2008年發射的01星、2011年發射的02星實現全球組網運行，建成比較完備的中繼衛星系統。這一系統將使我國載人航天飛行任務的測控覆蓋率接近100%，為我國神舟飛船以及未來空間實驗室、空間站建設提供數據中繼和測控服務。同時，還將為我國中、低軌道資源衛星提供數據中繼服務，為航天器發射提供測控支持。

　　隨時隨地掌握天上航天器的動態，“這對載人航天是至關重要的。”“天鏈一號”衛星工程副總設計師劉晉指出，“因為有我們的航天員在上頭，不論在何時、在何地，我們都應該能夠清楚地知道他們的情況，為他們提供堅強的保障，來確保他們的安全，以及飛行器的安全”。

　　劉晉表示，中國將來的空間站是長期載人的飛行器，必然需要能隨時隨地與地面進行上、下行的數據傳輸和信息溝通，一方面，地面需要知道空間站上面的情況，另一方面，航天員很少的人在很小的空間內長期遠離祖國、遠離大地，他們會有一種心理訴求，希望能夠和地面上的人們溝通，不光能聽到大家的聲音，還能看到大家的影像、家人和孩子的影像等。這時候，中繼衛星系統可以發揮很大作用，“天鏈一號”三星實現全球組網運行后，中國空間站內長期工作、生活的航天員，就可以隨時隨地與地面聯系，和在地面上工作相差無幾。

　　中國以往的載人航天任務受帶寬限制，航天員在太空中只能收聽話音卻無法看到地面高清畫面。中繼衛星建立“空—空—地”傳輸鏈路，航天員既能與地面進行長時間通話，也能進行雙向視頻聊天，還可以通過中繼衛星發送和接收電子郵件，使天地之間溝通交流方式更加多樣化。

　　在今年6月的神舟九號任務中，“天鏈一號”01、02星通過接力測控，讓飛船和天宮運行的大部分圈次都能與地面實現1小時以上的連續雙向數據傳輸，地面監視系統可以更加便捷地獲取航天員的生理參數，為保障航天員安全發揮出重要作用。對廣大社會公眾而言，通過電視轉播，也能夠更完整、更清晰地看到3位航天員在太空中活動的實時畫面。

　　阿瑟·克拉克是享譽全球的科幻作家，他的作品不但具有文學價值，更具有科技預測的價值。地球同步軌道通訊衛星是克拉克在1945年一篇論文中設想出來的。刊登在英國《無線電世界》中的這篇名為《地球外的轉播》的技術預測文章中，克拉克詳細論述了衛星通信的可行性。這篇論文用一系列的圖表和方程式，論證了“空間站”駐泊于距赤道36000千米的軌道上，就可以與地球保持同步運轉；多個“空間站”作為中繼，就可以提供覆蓋全球的通信網。

　　克拉克總用無比精細的技術細節預言著未來科技的發展。在《太陽帆船》（1972）一文中，他描寫了利用太陽風作為飛船動力的故事。2005年美俄已經聯手進行了“太陽帆”試驗并取得成功。或許在不久的將來，真能如克拉克設想的那樣，會有一場從地球到月球的太陽帆船比賽，甚至能成為奧運會的項目之一。