我國(guó)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

我國(guó)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(guó)長(zhǎng)征—3C運(yùn)載火箭的托舉下成功升空。該衛(wèi)星由中國(guó)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(tái)，是我國(guó)目前在軌運(yùn)行的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的備份星。它的成功發(fā)射，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的跨越式發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 國(guó)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(shí)驗(yàn)室的兩位航天員進(jìn)行實(shí)時(shí)通話，如同親朋般的家常問候和回答在中國(guó)載人航天工程指揮中心和天宮-2空間站這個(gè)相距約數(shù)千千米的天地之間往返穿越，而助其親切的對(duì)話傳遞、清晰的畫面呈現(xiàn)的正是我國(guó)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(guó)天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程研制人員代表獲得了“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。

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(duì)航天器進(jìn)行管控的模式存在明顯的缺憾：對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星傳輸效率低，單個(gè)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(guó)載人航天技術(shù)的發(fā)展，可控陸地站點(diǎn)、海洋船組成的地基站網(wǎng)每天只有約3h可與飛船實(shí)時(shí)聯(lián)系，無法滿足高實(shí)時(shí)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(guó)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(dāng)于把地面的測(cè)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(cè)到近地空間內(nèi)運(yùn)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(dāng)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(biāo)，我國(guó)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(dāng)2013年神舟-10發(fā)射升空與天宮-1對(duì)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(shí)實(shí)在在地領(lǐng)略到天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的航天成果，實(shí)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(cè)控服務(wù)，使資源、環(huán)境等衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，在應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)了我國(guó)在天基測(cè)控和信息傳輸領(lǐng)域的重大突破，這一系統(tǒng)也是我國(guó)第一個(gè)提供全球范圍實(shí)時(shí)、高速信息傳輸服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)。

3 國(guó)際水平

檢查天鏈—1的04星太陽電池翼

目前，我國(guó)是繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)擁有對(duì)中、低地球軌道航天器全球覆蓋中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國(guó)家。我國(guó)的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)走出了一條符合國(guó)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(guó)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(guó)外建站實(shí)現(xiàn)對(duì)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(zhǎng)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，解決了高速運(yùn)動(dòng)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(biāo)體系，為實(shí)現(xiàn)用戶終端的系列化、規(guī)范化、通用化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

相比國(guó)外中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，我國(guó)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。由于解決了在天線波束極窄條件下高速運(yùn)動(dòng)航天器之間精密捕獲跟蹤的難題，實(shí)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(dòng)跟蹤體制；先進(jìn)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(guó)際上先進(jìn)在軌中繼衛(wèi)星相當(dāng)；具有自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了管理與應(yīng)用的全面自動(dòng)運(yùn)行；和國(guó)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(jiǎn)單且工作效率高，更符合我國(guó)國(guó)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(huì)上，11位院士給予的評(píng)價(jià)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(gè)具有對(duì)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(dá)到了國(guó)際的先進(jìn)水平。

天鏈-1中繼衛(wèi)星系統(tǒng)填補(bǔ)了我國(guó)在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星領(lǐng)域的空白，大大縮短了我國(guó)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(yùn)行穩(wěn)定，04星的3個(gè)“長(zhǎng)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(gè)軌位上工作，衛(wèi)星的靈活機(jī)動(dòng)能力大大增強(qiáng)。所以，04星的升空對(duì)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)以可靠性、穩(wěn)定性為標(biāo)志的健壯性保證無疑起到提升作用。同時(shí)，04星研制在國(guó)產(chǎn)化方面也向前邁進(jìn)了一大步，減少了60%的進(jìn)口產(chǎn)品，整星國(guó)產(chǎn)化率提升了10%。

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

潘昕/文