科技日报 2021-07-07 作者：范晨 陈小群 付毅飞
2021年7月6日23时53分，由中国航天科技集团五院通信导航部抓总研制的天链一号05星在西昌卫星发射中心成功发射。至此，我国第一代中继卫星5星连捷。
或许有人要问：天链系列中继卫星是干啥的？要回答这个问题，咱们先来回顾振奋人心的一幕。
2021年6月23日9时35分，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在北京航天飞行控制中心指控大厅，与正在天和核心舱执行任务的神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波亲切通话。大屏幕上，航天员的视频画面清晰，声音清脆响亮。
这场天地通话的背后，是由天链一号03星、04星，天链二号01星组成的天基中继系统，在距离地面约36000公里的太空提供着实时保障。
在此，让我们一起来认识我国天链“中继卫星天团”。
天链一号让中国拥有太空数据中转站
跟踪与数据中继卫星系统，是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间，提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统。这是20世纪航天测控通信技术的重大突破。
在天链中继卫星投入使用前，我国一直依托陆基测控站和远望系列远洋测量船，来支撑卫星、飞船和探测器的发射测控与在轨通信任务。然而，由于受地球曲率的影响，地面和海上测控对中低轨道航天器的轨道覆盖范围非常有限。
例如，载人飞船约90分钟绕地球一圈，多数时间无法和地面测控系统实时联系。
如要实现对300千米高度的低轨道航天器进行100%的覆盖，理论上需要在地表均匀布设100多个站点。显然，这在政治外交和经费预算上是难以实现的。
2003年，航天英雄杨利伟搭乘神舟五号载人飞船升空，其间曾数次进行天地通话，但每次都有严格的时间窗口限制。当时天地通话带宽也很低，杨利伟只能听到地面的声音，看不到画面；地面人员看到杨利伟的画质也不是很清晰，而且时常“卡壳”。
针对地面测控网对低轨道载人飞船覆盖率受限的状况，我国以当时最新研制的东方红三号卫星平台为基础，展开了国内第一代数据中继卫星的研制。
中继卫星被称为“卫星的卫星”，可以充分发挥轨道高度优势，“居高临下”跟踪在中低轨运行的航天器，并将获得的数据实时回传到地面，可极大提高各类卫星的使用效益和应急能力。
2008年4月25日，天链一号 01星在西昌卫星发射中心成功发射，意味着我国中低轨航天器开始拥有天上的数据“中转站”。天链一号01星发射后，神舟七号飞船的测控覆盖率从18%提高到了50%。
2011年和2012年，随着天链一号02星、03星先后成功发射，实现三星在轨组网工作，我国成为继美国之后第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。2016年12月，我国发射天链一号04星接替了超期服役的01星。
天链二号服务能力大幅提升
随着我国空间基础建设快速发展，各类空间活动频繁开展，对于中继卫星系统服务的需求与日俱增。为此，2010年我国启动了第二代数据中继卫星系统的研制，于2019年3月成功发射天链二号01星。
天链二号01星基于东方红四号平台研制，除了充分继承一代中继卫星的技术基础，在服务目标数量、传输速率方面有较大提升，具有服务目标更多、传输速率更高、覆盖范围更广、设计寿命更长等特征。
相比天链一号，天链二号卫星的设计寿命由7年提升至12年；采用了更加先进的有效载荷技术，配置有多副新型天线，传输速率增加了一倍。
在兼容天链一号卫星工作频率的同时，天链二号扩展了工作频率的带宽和转发器的通道数量，不仅提升了服务用户目标数量，还能适应不同用户目标的各类数据传输要求，服务覆盖的范围也有极大提升。
此外，天链二号01星的自主工作能力更强，增加了多目标任务调度功能，可以自动接收多目标任务，并自主排序完成。
未来，我国将相继发射天链二号02星、03星等。第二代中继卫星与第一代相互配合，将更好地发挥数据中转站作用。
“天路”繁忙却不会拥堵
目前，“中继卫星天团”已为各类遥感卫星提供过天基信息传输与测控服务，为长征系列运载火箭提供发射测控服务。我国神舟七号到神舟十二号载人飞船、天舟系列货运飞船，均享受到天链中继卫星系统提供的任务支持。
2013年，第一代天链卫星完成三星组网后，首次保障习近平总书记与神舟十号航天员进行天地通话，也使航天员王亚平的首次太空授课成功实现。
而2021年6月23日，习近平总书记与神舟十二号航天员之间开展的流畅、清晰、高质量的天地通话，是对“中继卫星天团”联手保障能力的又一次完美检阅。
天地通话由空间站、天链卫星和地面站三方共同完成。地面通话信息先从地面站通过上行链路到达天链卫星，此时，卫星的星间链路天线正精准跟踪着空间站，并将信息发送过去。同样，航天员的通话信息也依次通过空间站中继终端、天链卫星、星地下行链路传输到地面。
空间站核心舱配置了多路高清摄像机，不仅能拍摄地球美景、展现空间站状态，还能帮助航天员实现与地面间的双向高清视频通话，这对数据传输速率提出了更高要求。
但这不是问题。天链中继卫星系统一条链路的下行速率便可达到1.2G，太空数据从被地面站接收、传给北京飞控中心，到根据不同标识自动分发，时延仅为秒级。可以说，“天路”虽然繁忙，但不会拥堵，更不会中断。
