天鏈一號05星發射!帶你認識“中繼衞星天團”

2021年07月08日07:46

來源:科技日報

  天鏈一號05星發射!帶你認識“中繼衞星天團”

  ◎範 晨 陳小羣 本報記者 付毅飛

  2021年7月6日23時53分,由中國航天科技集團五院通信導航部抓總研製的天鏈一號05星在西昌衞星發射中心成功發射。至此,我國第一代中繼衞星5星連捷。

  或許有人要問:天鏈系列中繼衞星是幹啥的?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行任務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。

  這場天地通話的背後,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,在距離地面約36000公里的太空提供着實時保障。

  在此,讓我們一起來認識我國天鏈“中繼衞星天團”。

  天鏈一號讓中國擁有太空數據中轉站

  跟蹤與數據中繼衞星系統,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,提供數據中繼、連續跟蹤與軌適測控服務的系統。這是20世紀航天測控通信技術的重大突破。

  在天鏈中繼衞星投入使用前,我國一直依託陸基測控站和遠望系列遠洋測量船,來支撐衞星、飛船和探測器的發射測控與在軌通信任務。然而,由於受地球曲率的影響,地面和海上測控對中低軌道航天器的軌道覆蓋範圍非常有限。

  例如,載人飛船約90分鐘繞地球一圈,多數時間無法和地面測控系統實時聯繫。

  如要實現對300千米高度的低軌道航天器進行100%的覆蓋,理論上需要在地表均勻佈設100多個站點。顯然,這在政治外交和經費預算上是難以實現的。

  2003年,航天英雄楊利偉搭乘神舟五號載人飛船升空,其間曾數次進行天地通話,但每次都有嚴格的時間窗口限制。當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也不是很清晰,而且時常“卡殼”。

  針對地面測控網對低軌道載人飛船覆蓋率受限的狀況,我國以當時最新研製的東方紅三號衞星平台為基礎,展開了國內第一代數據中繼衞星的研製。

  中繼衞星被稱為“衞星的衞星”,可以充分發揮軌道高度優勢,“居高臨下”跟蹤在中低軌運行的航天器,並將獲得的數據實時回傳到地面,可極大提高各類衞星的使用效益和應急能力。

  2008年4月25日,天鏈一號01星在西昌衞星發射中心成功發射,意味着我國中低軌航天器開始擁有天上的數據“中轉站”。天鏈一號01星發射後,神舟七號飛船的測控覆蓋率從18%提高到了50%。

  2011年和2012年,隨着天鏈一號02星、03星先後成功發射,實現三星在軌組網工作,我國成為繼美國之後第二個擁有全球覆蓋能力中繼衞星系統的國家。2016年12月,我國發射天鏈一號04星接替了超期服役的01星。

  天鏈二號服務能力大幅提升

  隨着我國空間基礎建設快速發展,各類空間活動頻繁開展,對於中繼衞星系統服務的需求與日俱增。為此,2010年我國啓動了第二代數據中繼衞星系統的研製,於2019年3月成功發射天鏈二號01星。

  天鏈二號01星基於東方紅四號平台研製,除了充分繼承一代中繼衞星的技術基礎,在服務目標數量、傳輸速率方面有較大提升,具有服務目標更多、傳輸速率更高、覆蓋範圍更廣、設計壽命更長等特徵。

  相比天鏈一號,天鏈二號衞星的設計壽命由7年提升至12年;採用了更加先進的有效載荷技術,配置有多副新型天線,傳輸速率增加了一倍。

  在兼容天鏈一號衞星工作頻率的同時,天鏈二號擴展了工作頻率的帶寬和轉發器的通道數量,不僅提升了服務用户目標數量,還能適應不同用户目標的各類數據傳輸要求,服務覆蓋的範圍也有極大提升。

  此外,天鏈二號01星的自主工作能力更強,增加了多目標任務調度功能,可以自動接收多目標任務,並自主排序完成。

  未來,我國將相繼發射天鏈二號02星、03星等。第二代中繼衞星與第一代相互配合,將更好地發揮數據中轉站作用。

  “天路”繁忙卻不會擁堵

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

  2013年,第一代天鏈衞星完成三星組網後,首次保障習近平總書記與神舟十號航天員進行天地通話,也使航天員王亞平的首次太空授課成功實現。

  而2021年6月23日,習近平總書記與神舟十二號航天員之間開展的流暢、清晰、高質量的天地通話,是對“中繼衞星天團”聯手保障能力的又一次完美檢閲。

  天地通話由空間站、天鏈衞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天鏈衞星,此時,衞星的星間鏈路天線正精準跟蹤着空間站,並將信息發送過去。同樣,航天員的通話信息也依次通過空間站中繼終端、天鏈衞星、星地下行鏈路傳輸到地面。

  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、展現空間站狀態,還能幫助航天員實現與地面間的雙向高清視頻通話,這對數據傳輸速率提出了更高要求。

  但這不是問題。天鏈中繼衞星系統一條鏈路的下行速率便可達到1.2G,太空數據從被地面站接收、傳給北京飛控中心,到根據不同標識自動分發,時延僅為秒級。可以説,“天路”雖然繁忙,但不會擁堵,更不會中斷。

編輯:張馨予

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