我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)達到國際先進水平

China's Tracking and Data Relay Satellite System Reached the World Advanced Level

2016年11月22日23∶24，天鏈—1的04星在我國長征—3C運載火箭的托舉下成功升空。該衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部抓總研制，采用東方紅—3衛(wèi)星平臺，是我國目前在軌運行的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的備份星。它的成功發(fā)射，為我國實現(xiàn)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的跨越式發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

1 國之驕子

2016年11月9日16：25，習(xí)近平總書記與工作在天宮-2空間實驗室的兩位航天員進行實時通話，如同親朋般的家常問候和回答在中國載人航天工程指揮中心和天宮-2空間站這個相距約數(shù)千千米的天地之間往返穿越，而助其親切的對話傳遞、清晰的畫面呈現(xiàn)的正是我國自主創(chuàng)建的天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。

此前的2016年1月8日，我國天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程研制人員代表獲得了“國家科學(xué)技術(shù)進步獎”一等獎。

2 三星組網(wǎng)

由于受地球曲率和電波直線傳播的影響，使用地基站對航天器進行管控的模式存在明顯的缺憾：對地觀測衛(wèi)星傳輸效率低，單個地球站和1顆低地球軌道衛(wèi)星在1天內(nèi)可直接傳輸?shù)能壍蓝尾蛔?%；更加迫在眉睫的是，隨著中國載人航天技術(shù)的發(fā)展，可控陸地站點、海洋船組成的地基站網(wǎng)每天只有約3h可與飛船實時聯(lián)系，無法滿足高實時性、高軌道覆蓋的要求。要解決諸如此類的問題，唯有采用中繼衛(wèi)星系統(tǒng)才能夠解決。為此，我國于2003年開始研制天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。

為天鏈—1的04星扣合整流罩

中繼衛(wèi)星素有“衛(wèi)星的衛(wèi)星”之稱，它的作用相當于把地面的測控站升高到地球靜止衛(wèi)星的軌道高度，由此，可居高臨下觀測到近地空間內(nèi)運行的航天器。經(jīng)過研制者艱苦卓絕的努力，天鏈-1的01星于2008年成功發(fā)射，并于當年圓滿完成神舟-7飛船數(shù)據(jù)中繼任務(wù)；按照高軌道三星覆蓋全球數(shù)據(jù)中繼的工作目標，我國又分別于2011、2012年相繼發(fā)射了天鏈-1的02、03星，神舟-8、9飛船也如約而至。當2013年神舟-10發(fā)射升空與天宮-1對接后，天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的威力大放異彩，世人終于實實在在地領(lǐng)略到天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的航天成果，實現(xiàn)了航天員王亞平近1h的太空授課無縫直播。除此之外，該系統(tǒng)在為衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)，使資源、環(huán)境等衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時下傳，在應(yīng)對重大自然災(zāi)害等方面都有上乘的表現(xiàn)。天鏈-1的01、02、03星的成功發(fā)射及其組網(wǎng)與應(yīng)用，實現(xiàn)了我國在天基測控和信息傳輸領(lǐng)域的重大突破，這一系統(tǒng)也是我國第一個提供全球范圍實時、高速信息傳輸服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)。

3 國際水平

檢查天鏈—1的04星太陽電池翼

目前，我國是繼美國之后世界上第二個擁有對中、低地球軌道航天器全球覆蓋中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。我國的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)走出了一條符合國情、技術(shù)上自主創(chuàng)新的道路。系統(tǒng)建設(shè)科學(xué)提出基于國內(nèi)建站、多星組網(wǎng)、全球覆蓋的總體技術(shù)路線，解決了不依靠國外建站實現(xiàn)對用戶航天器全球覆蓋的難題；中繼衛(wèi)星星上自主閉環(huán)精密捕獲跟蹤，多撓性衛(wèi)星姿態(tài)和跟蹤天線指向高精度復(fù)合控制，星載寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器，長壽命、高精度、大型可展開跟蹤天線，復(fù)雜熱環(huán)境熱控等多項關(guān)鍵技術(shù)的突破，解決了高速運動航天器之間跟蹤與高速數(shù)據(jù)中繼問題；建立的星-星、星-地技術(shù)體制和全程鏈路指標體系，為實現(xiàn)用戶終端的系列化、規(guī)范化、通用化打下堅實基礎(chǔ)。

相比國外中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)所具有的優(yōu)點是顯而易見的。由于解決了在天線波束極窄條件下高速運動航天器之間精密捕獲跟蹤的難題，實現(xiàn)了多種復(fù)雜情況下的高精度跟蹤，技術(shù)體制優(yōu)于傳統(tǒng)的星地大回路自動跟蹤體制；先進跟蹤天線和轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)的研制成功，使整星返向數(shù)傳最高速率和國際上先進在軌中繼衛(wèi)星相當；具有自動化資源分配、星-星-站集中管理，多功能一體化的中繼衛(wèi)星綜合地面應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)了管理與應(yīng)用的全面自動運行；和國際上現(xiàn)有的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)相比，天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)所需的衛(wèi)星數(shù)量少、地面控管網(wǎng)絡(luò)簡單且工作效率高，更符合我國國情。

天鏈—1的04星吊至塔架

4 再創(chuàng)輝煌

在天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)科技成果鑒定會上，11位院士給予的評價是，該系統(tǒng)十分復(fù)雜、難度極大、技術(shù)創(chuàng)新性特別突出，是世界上第二個具有對中、低地球軌道航天器全球覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，達到了國際的先進水平。

天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)填補了我國在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星領(lǐng)域的空白，大大縮短了我國在該領(lǐng)域與世界航天技術(shù)的差距。而11月22日發(fā)射的天鏈-1的04星則再次提升了該系統(tǒng)的靈活性和健壯性。

目前，天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)運行穩(wěn)定，04星的3個“長兄”均未發(fā)現(xiàn)身體異常，但01星已經(jīng)超期服役；04星作為天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的備份星，可以在多個軌位上工作，衛(wèi)星的靈活機動能力大大增強。所以，04星的升空對整個應(yīng)用系統(tǒng)以可靠性、穩(wěn)定性為標志的健壯性保證無疑起到提升作用。同時，04星研制在國產(chǎn)化方面也向前邁進了一大步，減少了60%的進口產(chǎn)品，整星國產(chǎn)化率提升了10%。

天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)完成了我國中繼衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸從無到有的跨越，未來將進一步發(fā)展、完善，打造我國新一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。

潘昕/文