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连片新星 天地金桥

文章作者:彩世界注册 上传时间:2019-10-16

图片 1 天链一号”实现全球组网运行,对中国载人航天未来发展至关重要。

中继卫星的全称是跟踪和数据中继卫星,这种卫星不同于一般通信卫星。一般通信卫星作为太空转发站,两头服务的对象都是地面站。中继卫星是沟通航天器与地面测控站的 " 桥梁 ",运行于地球同步静止轨道上,既能 " 直视 " 运行在中低轨道上的航天器,又能 " 直视 " 地面的测控站。

  它是“卫星的卫星”

架设星地 " 信息桥 "

  刘晋表示,未来的空间站是长期载人的飞行器,要保证随时与地面进行上、下行的数据传输和信息沟通。

近日,天链二号 01 星在西昌卫星发射中心成功发射,准确进入地球同步转移轨道。这标志着中国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首颗星正式开启征程。它将为飞船、空间技术实验室、空间站等载人航天器和测绘、气象卫星等提供数据中继和测控服务,为航天器发射提供测控支持。

  这对载人航天是至关重要的,因为有我们的航天员在天上,不论在何时、何地,我们都应该能够清楚地知道他们的情况,为他们提供坚强的保障,确保他们的安全。中国天链一号卫星工程副总设计师刘晋指出,“天链一号”实现全球组网运行,对中国载人航天未来发展至关重要。

2008 年 -2012 年,中国先后发射天链一号 01-03 星,3 颗卫星组网运行,使我国成为世界上第二个拥有对中、低轨航天器全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。2016 年,天链一号 04 星成功入轨并完成在轨测试,与 01-03 星实现全球组网运行。

  相比一般的通信卫星,中继卫星有“三高”优势,即高动态、高码速率和高轨道覆盖率。

中继卫星主要是服务于航天器的卫星,通俗地讲,中继卫星就是一个位于 3.6 万公里上空的数据中转站,可以 " 居高临下 " 观测在中低轨道运行的航天器,将获得的数据回传至地面站,具有覆盖率高、实时性等特征。

  中继卫星相当于把地面上的测控站升高到了地球卫星轨道高度,与地面测控站相比,中继卫星“站得更高”,自然也能“看得更远”。它可以将中低轨道的卫星一览无余,并能将中低轨道产生的数据和中低轨道卫星需要的数据,并与地面测控站相连,能有效解决卫星数据传输的问题。

除了航天器类用户,中继系列卫星还能为无人机、民航、远洋船等提供服务。天链二号 01 星在上述几方面将发挥重要作用。未来的空间站,天地间要保持实时稳定的通信,离不开新一代中继卫星发挥 " 数据中转站 " 的重要作用。第二代中继卫星应用场景将会越来越多,满足多样需求,带来巨大的社会经济效益。

  近日,一枚阿特拉斯5型火箭搭载美国宇航局新一代跟踪与数据中继卫星TDRS—K,从卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空。

虽然二代中继卫星是一代中继卫星的升级版,但二代中继卫星并不是去替代第一代中继卫星,而是两者的数颗星相互配合,共同发力,更好地发挥数据中转站的作用。

  据了解,TDRS—K将定位在地面以上约3.568万公里的轨道,对应的地面位置为夏威夷附近,它携带着一个更高性能的太阳能电池板,可使卫星获得更加充足的动力。

中继性能大幅提升

  一般而言,中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能测控中低轨道用户航天器,又能联系地面,是沟通用户航天器与地面测控站的桥梁。

作为中国第二代中继卫星,天链二号 01 星在第一代中继卫星的基础上有了新的跃升。

  中继卫星:架在太空的“桥梁”

■服务多目标覆盖范围广。相比于第一代中继卫星,天链二号 01 星可以同时为多出几倍的用户提供服务。同时,在覆盖范围方面更加广泛,天链二号 01 星可以覆盖到数万公里以内的用户航天器。

  鉴于此,世界各航天大国都在积极开展中继卫星的研发工作。目前,美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段,正在发展后续系统;欧空局和日本则采用了新的思路和技术途径;中国正在积极推进研究跟踪与数据卫星系统。

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  对中国载人航天未来发展至关重要

■新型天线更高传输速率。相比于第一代中继卫星,天链二号 01 星的数据传输速率增加了一倍以上,对地数据传输总速率可以达到 G 比特每秒。" 天链二号 01 星配有多副新型天线,卫星数据传输能力有很大提升。" 赵宏说。

  而“天链一号03星”发射成功并与01星、02星实现全球组网运行后,中国航天测控的覆盖率可以达到近100%,也就是说能随时随地掌握天上航天器的动态。

■平台能力更强寿命更长。相比于采用东方红三号卫星平台研制的天链一号系列卫星,天链二号 01 星基于东方红四号平台研制。平台能力的提高,意味着卫星寿命、载荷承载能力等方面有了较大的提高。与天链一号 01 星相比,天链二号 01 星载荷种类更多、性能更高,设计寿命长达 12 年。

  因此,中继卫星主要用于跟踪、测定中、低轨道卫星;为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据;承担航天器的通信和数据传输中继业务。

第一代中继卫星在航天应用方面发挥了重要作用,第二代中继卫星上了一个新台阶,能更好地满足需求。一代和二代配合,能够实现多方面多样化服务。

  跟踪和数据中继卫星(简称中继卫星)可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务,极大提高各类卫星使用效益和应急能力,因此它也被称为“卫星的卫星”。

天链一号卫星组网运行示意图。

  因为站得高 所以看得远

满足多样任务需求

  (胡逢超)

" 相当于我们把地面测控站移到了 3.6 万公里高度的轨道,既可以为中低轨道的航天器之间提供数据传输,又可以为星地之间架起‘信息桥’。" 天链二号 01 星总设计师赵宏介绍说。

  目前,美国、欧盟和日本等都在发展新一代跟踪与数据中继卫星系统,天基测控将成为未来航天测控的重要发展方向。

对于中继卫星来说,最初主要是为载人飞船和载人空间站提供数据中继服务,比如持续四五十分钟的太空授课就依靠中继卫星的通信保障。随着技术的发展,中继卫星在使用中逐渐拓展了需求。中继系列卫星可为中低轨遥感类卫星,比如气象卫星、测绘卫星等具有实时大数据回传需求的航天器提供服务。

  据了解,两颗中继卫星组网就能基本覆盖整个中、低轨道的空域。因此由两颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫星系统,可以取代配置在世界各地由许多测控站构成的航天测控网。

" 天链一号的 05 星、天链二号的 02 星和 03 星也同时在研制中,一代和二代同存,相互配合,将共同发挥更大作用。" 李向阳表示。

  跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Dada Relay Satellite System,简称TDRSS)是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想,从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题,同时还克服了高速数传和多目标测控通信等技术难题,并具有很高的经济效益。

相互兼容共同发力

  在我国载人航天发展过程中,最初没有中继卫星的支持,很多时候神舟飞船只能在进入地面测控站测控弧段时才能进行天地沟通。

随着天链二号 01 星的成功发射,第二代中继卫星后续也将迎来系列卫星。

  而中继卫星可以摆脱对绝大多数地面站的依赖,自成独立的专用系统,更有效地为用户提供服务。

" 如果说天链一号是两车道的空间高速公路,那么天链二号就是四车道以上的空间高速公路,意味着可以跑更多的车,车速也可以更快。" 天链二号 01 星副总设计师李向阳打了个比方。

  以往各类通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制中心,要通过一系列地面站和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输。

" 天链二号 01 星能够与天链一号卫星系统相互兼容,使我国天基通信基础设施能力更强,为我国强化数据中继和测控等方面提供基础性保障。" 天链二号 01 星总指挥张鹏说。

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