2021年7月6日23時53分，由中國航天科技集團(tuán)五院通信導(dǎo)航部抓總研制的天鏈一號05星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。至此，我國第一代中繼衛(wèi)星5星連捷。

或許有人要問：天鏈系列中繼衛(wèi)星是干啥的？要回答這個問題，咱們先來回顧振奮人心的一幕。

2021年6月23日9時35分，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平在北京航天飛行控制中心指控大廳，與正在天和核心艙執(zhí)行任務(wù)的神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波親切通話。大屏幕上，航天員的視頻畫面清晰，聲音清脆響亮。

這場天地通話的背后，是由天鏈一號03星、04星，天鏈二號01星組成的天基中繼系統(tǒng)，在距離地面約36000公里的太空提供著實時保障。

在此，讓我們一起來認(rèn)識我國天鏈“中繼衛(wèi)星天團(tuán)”。

天鏈一號讓中國擁有太空數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站

跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，是為中、低軌道的航天器與航天器之間、航天器與地面站之間，提供數(shù)據(jù)中繼、連續(xù)跟蹤與軌適測控服務(wù)的系統(tǒng)。這是20世紀(jì)航天測控通信技術(shù)的重大突破。

在天鏈中繼衛(wèi)星投入使用前，我國一直依托陸基測控站和遠(yuǎn)望系列遠(yuǎn)洋測量船，來支撐衛(wèi)星、飛船和探測器的發(fā)射測控與在軌通信任務(wù)。然而，由于受地球曲率的影響，地面和海上測控對中低軌道航天器的軌道覆蓋范圍非常有限。

例如，載人飛船約90分鐘繞地球一圈，多數(shù)時間無法和地面測控系統(tǒng)實時聯(lián)系。

如要實現(xiàn)對300千米高度的低軌道航天器進(jìn)行100%的覆蓋，理論上需要在地表均勻布設(shè)100多個站點。顯然，這在政治外交和經(jīng)費預(yù)算上是難以實現(xiàn)的。

2003年，航天英雄楊利偉搭乘神舟五號載人飛船升空，其間曾數(shù)次進(jìn)行天地通話，但每次都有嚴(yán)格的時間窗口限制。當(dāng)時天地通話帶寬也很低，楊利偉只能聽到地面的聲音，看不到畫面；地面人員看到楊利偉的畫質(zhì)也不是很清晰，而且時常“卡殼”。

針對地面測控網(wǎng)對低軌道載人飛船覆蓋率受限的狀況，我國以當(dāng)時最新研制的東方紅三號衛(wèi)星平臺為基礎(chǔ)，展開了國內(nèi)第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的研制。

中繼衛(wèi)星被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，可以充分發(fā)揮軌道高度優(yōu)勢，“居高臨下”跟蹤在中低軌運行的航天器，并將獲得的數(shù)據(jù)實時回傳到地面，可極大提高各類衛(wèi)星的使用效益和應(yīng)急能力。 

2008年4月25日，天鏈一號01星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，意味著我國中低軌航天器開始擁有天上的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”。天鏈一號01星發(fā)射后，神舟七號飛船的測控覆蓋率從18%提高到了50%。

2011年和2012年，隨著天鏈一號02星、03星先后成功發(fā)射，實現(xiàn)三星在軌組網(wǎng)工作，我國成為繼美國之后第二個擁有全球覆蓋能力中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。2016年12月，我國發(fā)射天鏈一號04星接替了超期服役的01星。

天鏈二號服務(wù)能力大幅提升

隨著我國空間基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展，各類空間活動頻繁開展，對于中繼衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)的需求與日俱增。為此，2010年我國啟動了第二代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的研制，于2019年3月成功發(fā)射天鏈二號01星。

天鏈二號01星基于東方紅四號平臺研制，除了充分繼承一代中繼衛(wèi)星的技術(shù)基礎(chǔ)，在服務(wù)目標(biāo)數(shù)量、傳輸速率方面有較大提升，具有服務(wù)目標(biāo)更多、傳輸速率更高、覆蓋范圍更廣、設(shè)計壽命更長等特征。

相比天鏈一號，天鏈二號衛(wèi)星的設(shè)計壽命由7年提升至12年；采用了更加先進(jìn)的有效載荷技術(shù)，配置有多副新型天線，傳輸速率增加了一倍。

在兼容天鏈一號衛(wèi)星工作頻率的同時，天鏈二號擴展了工作頻率的帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)器的通道數(shù)量，不僅提升了服務(wù)用戶目標(biāo)數(shù)量，還能適應(yīng)不同用戶目標(biāo)的各類數(shù)據(jù)傳輸要求，服務(wù)覆蓋的范圍也有極大提升。

此外，天鏈二號01星的自主工作能力更強，增加了多目標(biāo)任務(wù)調(diào)度功能，可以自動接收多目標(biāo)任務(wù)，并自主排序完成。

未來，我國將相繼發(fā)射天鏈二號02星、03星等。第二代中繼衛(wèi)星與第一代相互配合，將更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站作用。

“天路”繁忙卻不會擁堵

目前，“中繼衛(wèi)星天團(tuán)”已為各類遙感衛(wèi)星提供過天基信息傳輸與測控服務(wù)，為長征系列運載火箭提供發(fā)射測控服務(wù)。我國神舟七號到神舟十二號載人飛船、天舟系列貨運飛船，均享受到天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)提供的任務(wù)支持。

2013年，第一代天鏈衛(wèi)星完成三星組網(wǎng)后，首次保障習(xí)近平總書記與神舟十號航天員進(jìn)行天地通話，也使航天員王亞平的首次太空授課成功實現(xiàn)。

而2021年6月23日，習(xí)近平總書記與神舟十二號航天員之間開展的流暢、清晰、高質(zhì)量的天地通話，是對“中繼衛(wèi)星天團(tuán)”聯(lián)手保障能力的又一次完美檢閱。

天地通話由空間站、天鏈衛(wèi)星和地面站三方共同完成。地面通話信息先從地面站通過上行鏈路到達(dá)天鏈衛(wèi)星，此時，衛(wèi)星的星間鏈路天線正精準(zhǔn)跟蹤著空間站，并將信息發(fā)送過去。同樣，航天員的通話信息也依次通過空間站中繼終端、天鏈衛(wèi)星、星地下行鏈路傳輸?shù)降孛妗?/p>

空間站核心艙配置了多路高清攝像機，不僅能拍攝地球美景、展現(xiàn)空間站狀態(tài)，還能幫助航天員實現(xiàn)與地面間的雙向高清視頻通話，這對數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高要求。

但這不是問題。天鏈中繼衛(wèi)星系統(tǒng)一條鏈路的下行速率便可達(dá)到1.2G，太空數(shù)據(jù)從被地面站接收、傳給北京飛控中心，到根據(jù)不同標(biāo)識自動分發(fā)，時延僅為秒級。可以說，“天路”雖然繁忙，但不會擁堵，更不會中斷。