天链一号05星发射！带你认识“中继卫星天团”

天链一号05星发射!带你认识“中继卫星天团”

◎范 晨 陈小群 科技日报记者 付毅飞

2021年7月6日23时53分,由中国航天科技集团五院通信导航部抓总研制的天链一号05星在西昌卫星发射中心成功发射。至此,我国第一代中继卫星5星连捷。

或许有人要问:天链系列中继卫星是干啥的?要回答这个问题,咱们先来回顾振奋人心的一幕。

2021年6月23日9时35分,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在北京航天飞行控制中心指控大厅,与正在天和核心舱执行任务的神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波亲切通话。大屏幕上,航天员的视频画面清晰,声音清脆响亮。

这场天地通话的背后,是由天链一号03星、04星,天链二号01星组成的天基中继系统,在距离地面约36000公里的太空提供着实时保障。

在此,让我们一起来认识我国天链“中继卫星天团”。

天链一号让中国拥有太空数据中转站

跟踪与数据中继卫星系统,是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间,提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统。这是20世纪航天测控通信技术的重大突破。

在天链中继卫星投入使用前,我国一直依托陆基测控站和远望系列远洋测量船,来支撑卫星、飞船和探测器的发射测控与在轨通信任务。然而,由于受地球曲率的影响,地面和海上测控对中低轨道航天器的轨道覆盖范围非常有限。

例如,载人飞船约90分钟绕地球一圈,多数时间无法和地面测控系统实时联系。

如要实现对300千米高度的低轨道航天器进行100%的覆盖,理论上需要在地表均匀布设100多个站点。显然,这在政治外交和经费预算上是难以实现的。

2003年,航天英雄杨利伟搭乘神舟五号载人飞船升空,其间曾数次进行天地通话,但每次都有严格的时间窗口限制。当时天地通话带宽也很低,杨利伟只能听到地面的声音,看不到画面;地面人员看到杨利伟的画质也不是很清晰,而且时常“卡壳”。

针对地面测控网对低轨道载人飞船覆盖率受限的状况,我国以当时最新研制的东方红三号卫星平台为基础,展开了国内第一代数据中继卫星的研制。

中继卫星被称为“卫星的卫星”,可以充分发挥轨道高度优势,“居高临下”跟踪在中低轨运行的航天器,并将获得的数据实时回传到地面,可极大提高各类卫星的使用效益和应急能力。

2008年4月25日,天链一号01星在西昌卫星发射中心成功发射,意味着我国中低轨航天器开始拥有天上的数据“中转站”。天链一号01星发射后,神舟七号飞船的测控覆盖率从18%提高到了50%。

2011年和2012年,随着天链一号02星、03星先后成功发射,实现三星在轨组网工作,我国成为继美国之后第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。2016年12月,我国发射天链一号04星接替了超期服役的01星。

天链二号服务能力大幅提升

随着我国空间基础建设快速发展,各类空间活动频繁开展,对于中继卫星系统服务的需求与日俱增。为此,2010年我国启动了第二代数据中继卫星系统的研制,于2019年3月成功发射天链二号01星。

天链二号01星基于东方红四号平台研制,除了充分继承一代中继卫星的技术基础,在服务目标数量、传输速率方面有较大提升,具有服务目标更多、传输速率更高、覆盖范围更广、设计寿命更长等特征。

相比天链一号,天链二号卫星的设计寿命由7年提升至12年;采用了更加先进的有效载荷技术,配置有多副新型天线,传输速率增加了一倍。

在兼容天链一号卫星工作频率的同时,天链二号扩展了工作频率的带宽和转发器的通道数量,不仅提升了服务用户目标数量,还能适应不同用户目标的各类数据传输要求,服务覆盖的范围也有极大提升。

此外,天链二号01星的自主工作能力更强,增加了多目标任务调度功能,可以自动接收多目标任务,并自主排序完成。

未来,我国将相继发射天链二号02星、03星等。第二代中继卫星与第一代相互配合,将更好地发挥数据中转站作用。

“天路”繁忙却不会拥堵

目前,“中继卫星天团”已为各类遥感卫星提供过天基信息传输与测控服务,为长征系列运载火箭提供发射测控服务。我国神舟七号到神舟十二号载人飞船、天舟系列货运飞船,均享受到天链中继卫星系统提供的任务支持。

2013年,第一代天链卫星完成三星组网后,首次保障习近平总书记与神舟十号航天员进行天地通话,也使航天员王亚平的首次太空授课成功实现。

而2021年6月23日,习近平总书记与神舟十二号航天员之间开展的流畅、清晰、高质量的天地通话,是对“中继卫星天团”联手保障能力的又一次完美检阅。

天地通话由空间站、天链卫星和地面站三方共同完成。地面通话信息先从地面站通过上行链路到达天链卫星,此时,卫星的星间链路天线正精准跟踪着空间站,并将信息发送过去。同样,航天员的通话信息也依次通过空间站中继终端、天链卫星、星地下行链路传输到地面。

空间站核心舱配置了多路高清摄像机,不仅能拍摄地球美景、展现空间站状态,还能帮助航天员实现与地面间的双向高清视频通话,这对数据传输速率提出了更高要求。

但这不是问题。天链中继卫星系统一条链路的下行速率便可达到1.2G,太空数据从被地面站接收、传给北京飞控中心,到根据不同标识自动分发,时延仅为秒级。可以说,“天路”虽然繁忙,但不会拥堵,更不会中断。