天链一号：让天际不再遥远

尹怀勤

2016年11月22日，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号丙运载火箭，成功地将天链一号04星送入太空。该星是中国第四颗地球静止轨道数据中继卫星，与天链一号01星、02星、03星组网运行，强化天地通信系統功能，为中国神舟号载人飞船、天舟号货运飞船、空间实验室、空间站提供数据中继与测控服务，让中国航天器在天上有了数据“中转站”。

中继卫星—

“卫星的卫星”

中继卫星的全名是跟踪与数据中继卫星。运行在地球静止轨道上的单星具有三大功能：首先，它可以跟踪、测定中低轨道卫星，从而取代一部分地面测控站和远望号测量船;其次，它为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据;再次，它承担通信和数据传输中继业务，使载人航天器在全部飞行的60%时间内保持与地面联系。

 天链一号三星组网运行示意图

当三颗中继卫星在地球静止轨道上组网后，能使中国载人航天器在全部飞行的100%时间内与地面保持联系，使中国近地轨道卫星实现全轨道、不间断的天地通信，还可实现卫星之间的组网通信。

原有的天链一号三兄弟

在中国载人航天工程启动后，面对地面测控网对低轨道载人飞船覆盖率极低的形势，中国空间技术研究院负责开展了数据中继卫星的研制工作，最后诞生了天链一号系列中继卫星。

天链一号01星

2008年9月25-28日，天链一号01星在神舟七号飞船载人飞行任务中，转发了翟志刚成功出舱进行太空行走活动的情况，建立了中国中继卫星与飞船、地面间的通信链路。

天链一号01星+02星

天链一号01星和02星应用于中国2011年11月实施的首次空间交会对接任务，即神舟八号与天宫一号进行的两次无人空间交会对接。2012年6月，两星在天宫一号与神舟九号交会对接时，以及三名航天员进入目标飞行器实验舱完成任务的过程中，又发挥了重要作用。

天链一号01星+02星+03星

 中国国内有10个地面测控站

天链一号三星就位组网运行后，可以实现天宮目标飞行器和神舟载人飞船对接组合体的无缝隙中继通信。例如：2013年6月天宫一号与神舟十号的交会对接后，三名航天员进入目标飞行器实验舱，女航天员王亚平首次开展了中国人在太空的授课活动，显示了天地通信和数据传输的明显优势。

2016年10月中旬至11月中旬，景海鹏和陈冬两名航天员在天宫二号空间实验室中期驻留的30天内，可以收发邮件、收看《新闻联播》、传回用摄像机拍下的伴随卫星照片、自由自在地进行天地视频通话等。他们乘坐神舟十一号飞船安全往返，顺利完成预定的各项任务。这一切的实现，均依赖于天链一号三颗卫星组成的中继系统和地面测控设备的密切配合。

中国是第三个拥有中继

卫星系统的国家

架起天地沟通的桥梁

以往各类军民两用的通信、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专用通信网进行跟踪、测控和数据传输。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，更有效地为卫星等军民两用的航天器服务，更及时地进行载人航天器与地面的通信和数据传输。

天链一号01星、02星、03星的组网运行，使中国成为世界上继美国、俄罗斯之后第三个拥有对中、低轨道航天器具备100%覆盖能力的数据中继卫星系统的国家。它为载人航天器与地面之间的通信提供了稳定的天地链路，架起了无形的天地沟通桥梁，能使载人飞船和目标飞行器在全部飞行时间内保持与地面的联系，可承担传输电话、电视和数据等业务。

大幅减少地面站、测量船的数量

在没有中继卫星之前，中、低轨道航天器的测控和数据传输主要依靠地面接收设备，也就是人们通常所说的地面站。由于中、低轨道航天器是在200～2000千米的轨道上运行，受地球曲率和无线通信直线传播的影响，只有占其轨道周期2%～3%的时间能够与一个固定地面站建立稳定的数据传输链路，因而需要建设分布广泛的地面测控站和安排一定数量的测控船。中国虽然有10个国内地面测控站、3个海外站、3艘远望号测量船，但这些测控站总共仅能覆盖飞船运行轨道的15%，难以满足载人航天进一步发展的任务需求。

对于在太空飞行的搭载着航天员的载人航天器来说，地面希望每时每刻都能与其保持联系。可是，同一个地面站能够与航天器保持连通的时间是极其有限的，如果错过了对话时机，想要再次联系，就要等它再环绕地球一圈。为了赢得更多与航天员对话的时间，就需要尽可能多地在地面设置测控站和远洋测量船。比如，对于轨道高度高于300千米的航天器，需要在地球上配设100多个地面站，才能实现每时每刻的天地连通。鉴于地理环境和政治因素，这根本不可能实现。

有了在地球静止轨道上由三星组成的数据中继卫星系统，就可以解决这一难题，大幅减少地面站、测量船的数量，对载人航天器和地面观测站实现全覆盖。

天链一号04星横空出世

身兼重任的备份星

2012年，天链一号三星组网运行后，提供了优质而稳定的数据中继服务，取得了引人注目的多项成果。2014年中期，天链一号01星已到使用期限;2016年年末，它已经超期服役两年多。为了保障天基通信的平稳运行和继续提供优质服务，需要研制一颗新的中继卫星作为系统备份，这就是天链一号04星问世的理由。

天链一号04星的成功发射，大大提升了中国天基测控系统的可靠性和稳定性，意味着中国天基测控系统进一步走向成熟和完备。这样一来，即使是01星停止工作，仍然可以保证至少三颗天链一号卫星在地球静止轨道上继续运行，使数据中继卫星系统始终处于天地沟通的正常状态。

助力天舟一号货运飞船

天舟一号货运飞船于2017年4月20日，成功从海南文昌发射中心用长征七号火箭发射升空。天舟一号货运飞船的有效质量远远超过神舟号载人飞船，它和天宫二号目标飞行器的交会对接，基本上是两个质量接近的载荷的对接，危险级别有所提高。在没有航天员监控的情况下，这就对天基中继通信系统提出了更高要求，因此要在2016年11月前后发射天链一号04星，对其予以支持，实现上述两个无人航天器在393千米的近地轨道上的交会对接。

天链一号04星的发射成功，使中国的天链一号数据中继系列翻开了崭新的一页。目前，中国在太空中不仅有中继卫星系统，还有以微小卫星星座组成的中继星座来弥补大平台的不足。中国的中继通信卫星已成为天际间永不消逝的星辰，承担了大量天地通信保障工作，给未来建设长期有人照料的空间站并保障其正常运行奠定了坚实基础。天地通信可以在第一时间探测到在轨航天器发生的意外状况，及时实施抢救，这对以秒为单位计算的太空救援而言至关重要，它将使天际不再遥远。

随着中国航天事业的发展，中继卫星系统将得到更广泛的应用。一直坚守岗位、执行任务而又默默无闻的天链一号中继卫星家族，正逐渐被人们所认识并予以称赞，相信它在中国航天事业今后的发展中一定会不断铸就新的辉煌！