近日，天鏈一號(hào)04星在長征三號(hào)丙運(yùn)載火箭的托舉下挺進(jìn)浩瀚蒼穹。天鏈一號(hào)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(shí)驗(yàn)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(huì)對(duì)接任務(wù)，為航天器發(fā)射提供測控支持；同時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)下傳，極大提高各類衛(wèi)星的使用效益和應(yīng)急能力。

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(diǎn)、海洋船組成的地基站網(wǎng)每天只有約3小時(shí)可與飛船實(shí)時(shí)聯(lián)系。

隨著人類探索、開發(fā)和利用空間活動(dòng)的不斷深入，新型空間信息傳輸系統(tǒng)——中繼衛(wèi)星應(yīng)運(yùn)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(dāng)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(yùn)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(duì)象都是地面站，而中繼衛(wèi)星在地球同步靜止軌道上運(yùn)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(yuǎn)望”系列航天測控船。

2003年，中國天鏈一號(hào)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程立項(xiàng)，01星在2008年成功發(fā)射，當(dāng)年就圓滿完成“神舟七號(hào)”數(shù)據(jù)中繼任務(wù)。2011年、2012年相繼成功發(fā)射天鏈一號(hào)02、03星，它們同時(shí)運(yùn)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(gè)擁有對(duì)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(tuán)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(hào)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(hào)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(hào)01星、02星、03星實(shí)現(xiàn)全球組網(wǎng)運(yùn)行，4星共軌，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

用途廣泛的“中轉(zhuǎn)站”

中繼衛(wèi)星的主要功能是進(jìn)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(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。

中繼衛(wèi)星作為在太空中運(yùn)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(dǎo)航員”的角色，對(duì)中、低軌道衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，為太空運(yùn)行的航天器提供預(yù)警預(yù)報(bào)、導(dǎo)航定位，使太空航行準(zhǔn)確安全。

天鏈一號(hào)04星總設(shè)計(jì)師王典軍說，在天鏈一號(hào)04星發(fā)射之前，通過01、02、03星組網(wǎng)，已經(jīng)完成了對(duì)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(hào)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(biāo)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(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)中，得益于天鏈一號(hào)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(shí)現(xiàn)“天地雙向視頻通話”；首次實(shí)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。

機(jī)動(dòng)靈活的“創(chuàng)新星”

據(jù)了解，于2008年發(fā)射的天鏈一號(hào)01星，其設(shè)計(jì)壽命為6年，目前已在軌超期服役兩年多。天鏈一號(hào)04星計(jì)劃要接替我國首顆中繼衛(wèi)星天鏈一號(hào)01星，實(shí)現(xiàn)我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的更新?lián)Q代。據(jù)天鏈一號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師王典軍透露，由于目前天鏈一號(hào)01星在軌運(yùn)行良好，04星進(jìn)入預(yù)定軌道后，“四星”共軌的局面還會(huì)維持一段時(shí)間，也就是說天鏈一號(hào)“四兄弟”將共同操持“家務(wù)”，繼續(xù)為未來載人空間活動(dòng)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(gè)軌位上工作，增強(qiáng)衛(wèi)星的靈活機(jī)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)動(dòng)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(biāo)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(dǎo)航衛(wèi)星、長征五號(hào)運(yùn)載火箭等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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~。