天链二号03星升空“中继卫星天团”阵容升级

文/邓雨楠 顾航瑜

7月13日，在西昌卫星发射中心，长征三号乙运载火箭将天链二号03星送入太空。卫星随后准确进入地球同步转移轨道，这标志着我国第二代地球同步轨道数据中继卫星成功组网运行，可具备满足中低轨道航天器全球覆盖的能力，并提供24小时无间断通信。

随着天链二号03星的成功发射，我国中继卫星数量增加至8颗，“中继卫星天团”阵容再次升级。

▲ 长征三号乙运载火箭发射天链二号03星。白肖飞 摄

“太空传话烽火台”又上新

自2008年4月天链一号01星成功发射，到2022年天链二号03星成功发射，我国天链中继卫星系统已经形成了两代中继卫星相互兼容、在轨协同组网工作的局面。

2008～2012年，我国先后发射天链一号01～03星，3颗卫星实现组网运行，标志着我国第一代数据中继卫星系统建成，开创了我国天基测控和数据传输的新纪元。随后，天链一号04星、05星陆续成功入轨并完成在轨测试，与天链一号01～03星实现全球组网运行。

中继卫星主要是服务于航天器的卫星，通俗地讲，就像是“卫星的卫星”。中继卫星被放置在距离地球3.6万千米的同步轨道高度，它可以“居高临下”观测在中低轨道运行的航天器，为其提供天基测控服务，或将获得的数据回传至地面站。

“这个轨道高度的卫星环绕地球一圈时间与地球自转一圈时间恰好一样，因而相对我们静止。这样就相当于在太空中拥有一座座‘传话的烽火台’，这些烽火台之间也可以彼此通信，只需3颗就可以实现对地球所有点全覆盖。”天链二号03星总指挥张鹏介绍。

“与第一代中继卫星相比，第二代中继卫星是一次跃迁式的升级。”天链二号03星副总师李向阳介绍，天链二号03星与02星是“孪生兄弟”，技术状态高度一致，在充分继承天链二号01星研制过程中积累的成熟技术和研制经验的同时，进行了多项技术升级和优化。

▲ 天链一号中继卫星服务神舟飞船

首先是扩大服务目标用户数量。相比于“天链”一代卫星，“天链”二代卫星可以同时为多出几倍的用户提供服务，且覆盖范围更广泛，可以实现为200千米至2万千米轨道高度以内的用户航天器服务。同时，中继卫星对在轨用户的实时管控能力和接入能力也得到极大的提升。

其次是提高卫星在轨机动能力。为应对卫星多轨位变化需求，天链二号02星和03星由适用于单区单轨位工作，改进为可适用于多区多轨位工作的设计，即可以适用于轨道上现有的全部轨位，这大大提高了卫星在轨道上的机动能力。

“单星机动能力的提高会极大地提升整个天链中继卫星系统的健壮性和灵活性。”天链二号03星主任设计师高令飞说，良好的轨道机动能力，可以使卫星在执行任务时具有更大的弹性，可根据需要多次进行轨道调整。

▲ 天链二号中继卫星环绕地球示意图

此外卫星平台的适应性和兼容性也有所增强。天链二号02星和03星启动研制时，核心单机都已实现国产化，且产品性能稳定。同时，卫星研制团队通过对卫星架构设计以及硬件与软件的通用化、模块化设计等手段，使得卫星平台的硬件设备与主要软件系统功能完备、适应性兼容性强，达到去任务化的目的。

飞船位置捕获能力更强

对于中继卫星来说，最主要的任务是为载人飞船和载人空间站提供天基遥测和数据中继服务，例如天地通话、太空授课、交会对接、出舱活动等重要任务就是以天链中继卫星为主来保证各航天器的测控和天地双向数据图像传输。

随着技术的发展，中继卫星在使用中逐渐拓展了需求。如今，中继系列卫星还可为中低轨具有实时大数据回传需求的航天器提供服务。

“之前，卫星发射过程中，我们都会派出远望测量船，配合海外陆基测控站，执行海基中继传输任务，出航成本高，测控弧段有限。”天链二号03星副总指挥詹克强透露，有了中继卫星，就可以搭载天链卫星的中继终端，在中低轨道运行的过程中，直接通过天链卫星提供测控与数传。

当下，3.6万千米外的太空又多了一颗中继卫星，当它加入天链中继卫星系统大家庭后，会发挥出远超过单星力量的作用。

未来它的应用场景会越来越多，对提高载人航天器、中低轨航天器信息回传时效性、在轨运行安全性和任务实施灵活性都会发挥重要作用。

当然，天链二号03星想要满足用户更多任务需求，其研发过程也必然要克服更多的技术难题。

天链二号03星是采用东方红四号平台研制的。整星的有效载荷分为天线、转发器以及捕跟分系统，最关键的就是负责捕获跟踪的天线。

“这两副天线提供了卫星大范围、高精度捕获跟踪目标用户和为用户提供高速数传的功能。该天线的性能至今仍处于国际领先水平。”张鹏说，能做到的国家少，就是因为这项技术难。

在天线结构生产环节，研制团队严格筛选参数较为均衡一致的零件，组装成产品，成品后还要在真空环境下进行高低温循环考核，对天线在最恶劣环境下的指标状况加以验证。

▲ 中继卫星“接力”工作示意图

作为一款中继卫星，如果想要保持卫星与飞船间的通信链路，就要使用高精度捕获飞船位置的技术。这些技术难题都决定了天链二号03星要比一般卫星研制周期更长。

“像大角度转动的试验验证，要在真空环境下，进行数以万计的试验，才能保证其使用寿命满足指标要求，如此试验对我们而言既是常态更是标准。”高令飞说。

“金牌劳模”祛湿上阵

值得一提的是，这次发射任务并非一帆风顺，被誉为“金牌火箭”的长征三号乙运载火箭面临不利条件。科研人员努力克服困难，确保成功发射，其中很多细节值得品味。

发射前，火箭要陆续完成总装、测试等各项准备工作。根据气象系统预报，6月26～27日将会迎来一轮降雨，而火箭转场任务原定日期正是6月27日。这意味着计划要临时调整。

6月25日上午，载着火箭的转运车提前2天从技术测试区驶出。其实，火箭在“乘车”出发时并不是整机，而是分级放置的，不同子级的箭体要分别运输，待运输至发射区后，再像搭积木一样完成火箭“站立”准备工作。整个过程并不轻松，一般需要2天才能完成。

▲ 火箭部件舱段转场

考虑到火箭在转场运输的时候会暴露在自然环境中，如果遇到超量的降雨，就会对火箭的电气系统、电子元器件等造成影响。试验队改变原有计划，将暴露在外的大部段箭体先行运输，再进行箭体内部的机构安装。最终火箭顺利完成组装合体工作，平稳“站立”，发射开始进入倒计时。

在火箭进行第二次总检查的前一天，西昌突然下起了大雨。要知道，火箭最怕受潮，遭受大雨肆虐后，湿度迅速上升。科研人员爬上塔架，花了近2个小时，查找受潮产品和部位，并往箭体里注入干燥空气，将湿度控制在30%至60%之间，确保了火箭第二次总检查顺利进行。

火箭转到发射区之后，轮番演练接踵而至，比如火箭发射之前要进行激光惯组瞄准测试。简单来说，如果把火箭发射比作狙击手瞄准射击，火箭好比子弹，航天器可以看作弹头，发射塔架就是狙击步枪，而火箭使用的瞄准仪就是狙击步枪的瞄准镜。不过，与狙击手射击不同的是，火箭瞄准的是航天器的入轨点，远比狙击手瞄准要复杂得多，被形象地形容为“万人一杆枪的事业”。

火箭发射之后要想精确入轨，离不开瞄准这一环节。只有保证各项工作、产品状态以及参数测试数据结果的正确，才能确保火箭瞄准精度误差控制在分秒级以内。

由于疫情影响，现场人手紧张。科研人员在塔架反复爬上跑下，确认火箭状态正常，部件安装合格，通过前后方反复核对测试数据，最终迎来发射成功。