[科普中国]-天链一号卫星

简介

天链一号卫星是我国建成的中继卫星网络，目前为止共发射四颗。中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，极大地提高各类卫星的使用效益和应急能力，使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警时间。1

天链一号由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制，采用成熟的东方红三号通用平台并突破多项关键技术。它的发射成功，填补了中国卫星领域的又一空白。随着中国航天事业的发展，中继卫星将会得到更广泛的应用。

工作原理中继卫星系统主要应用于载人航天工程，为载人航天器与地面之间的通信提供稳定的天地链路。在没有中继卫星之前，中、低轨航天器的测控和数据传输主要依靠地面接收设备——也就是我们通常所说的地面站——来打通天地之间的通信渠道。但是，中、低轨航天器都是在200~2000公里的轨道上，受地球曲率和无线通信直线传播的影响，只有很少一段时间（大概只占其轨道周期的2%~3%）能够与一个固定地面站建立稳定的数据传输链路。

对于在太空飞行的搭载着航天员的航天器，地面恨不得每时每刻都能与其保持联络。可是，同一个地面站能够与航天器保持联通的时间是极其有限的。如果错过了对话时机，想要再次“搭话”，就要等它再次“绕场一周”。为了赢得更多时间来与航天员“搭话”，就需要尽可能多地在地球表面建设观测站，这包括陆地测控站和远洋测量船。这个办法从理论上可行，但其代价是高昂的。比如，对于轨道高度高于300公里的航天器，需要在地球上设100多个地面站才能完成每时每刻天地联通的100%覆盖。考虑到经费、地理环境和政治因素，这根本不可能实现。

让事情变得简单可行起来的，是中继卫星系统。

我们可以这样简单表述其原理：在需要保持通信的载人航天器和地面观测站之间，建立一个数据中转站，通过这一中间媒介，把载人航天器的信息转发到地面，从而实现天地联通。这个设想要想成为现实，就需要充当“数据中转站”角色的设备可以对载人航天器和地面观测站实现全覆盖。这个“数据中转站”正是后来的中继卫星。理论上讲，如果在36000公里高度的地球同步轨道上，均匀部署三颗这样的中继卫星，那么，无论低轨道航天器在什么位置运行，无论一个国家的地面站在地球的什么位置，三颗卫星都可以实现对其100%的覆盖率。

天链一号01星、02星、03星“三兄弟”的相继顺利升空，正式构建起了顺畅通信的“天地之链”。2

四颗天链一号卫星天链一号01星中国首颗数据中继卫星天链一号01星于2003年正式启动研制工作。经过5年的艰苦研制，于2008年4月25日23时35分在西昌卫星发射中心成功发射。中国航天器从此有了天上数据“中转站”。25分钟后，西安卫星测控中心传来数据表明，卫星准确进入预定的地球同步转移轨道。天链一号01星于同年12月4日正式交付用户。在轨运行期间，卫星运行稳定，首次执行神舟七号飞船在轨跟踪与数据中继任务取得圆满成功，拉开了我国中继卫星系统应用的序幕。

此后，天链一号01星多次圆满完成以神舟八号、神舟九号、神舟十号、天宫一号为代表的载人航天任务，以及地面舰船、运载火箭等为代表的非航天器类用户的数据中继任务。由于天链一号01星在轨表现优异，多次受到上级领导和用户的高度赞扬，加速了后续天链一号02星和03星的研制步伐。同时，天链一号01星研制过程中积累了大量的中继卫星研制和应用的工程经验，也为后续中继卫星系统研制奠定了坚实基础。3

天链一号02星2011年7月11日23时41分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，将中国第2颗中继卫星“天链一号02星”成功送入太空。火箭点火升空约26 min后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭分离，卫星成功进入地球同步转移轨道。

“天链一号02星”是中国第2颗地球同步轨道数据中继卫星，它将与2008年成功发射的“天链一号01星”组网运行，为中国“神舟”飞船以及未来空间实验室、空间站建设提供数据中继和测控服务，并将应用于下半年中国实施的首次空间交会对接任务。4

天链一号03星7月25日23时43分我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功发射‘‘天链一号03星”，卫星顺利进入太空预定轨道。这次发射成功后，’‘天链一号”卫星将实现全球组网运行，标志着我国第一代中继卫星系统正式建成。

“天链一号03星”是我国发射的第三颗地球同步轨道数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制。经一段时间在轨验证和系统联调后，“天链一号03星”与2008年发射的01星、2011年发射的02星实现全球组网运行，建成比较完备的中继卫星系统。这一系统将进一步提高我国载人航天飞行任务的测控覆盖率，为我国神舟飞船以及未来空间实验室、空间站建设提供数据中继和测控服务。同时，还将为我国中、低轨道资源卫星提供数据中继服务，为航天器发射提供测控支持。5

天链一号04星2016年11月22日23时24分，在西昌卫星发射中心，长征三号丙运载火箭刺破夜幕，将我国第四颗中继卫星——天链一号04星送入太空。随后，该卫星准确进入地球同步转移轨道。

天链一号04星是我国第四颗地球同步轨道数据中继卫星，由中国航天科技集团公司中国空间技术研究院为主研制，将接替我国首颗中继卫星——天链一号01星，实现我国中继卫星系统的更新换代。天链一号01星设计寿命为6年，目前已在轨超期服役2年多。由于01星目前在轨运行状况良好，所以，04星入轨并完成在轨测试后，将与01星、02星、03星维持一段时间的四星共轨局面，实现全球组网运行，为我国神舟飞船、空间实验室、空间站提供数据中继与测控服务，支持空间交会对接任务。

据悉，我国于2008年、2011年、2012年相继成功发射天链一号01星、02星、03星，建立起了中继卫星系统，使我国成为世界上第二个拥有对中低轨道航天器全球覆盖中继卫星系统的国家。6

意义在2008年、2011年、2012年，我国先后将“天链一号”家族的三位兄弟——天链一号01星、02星、03星送入太空，形成了我国的中继卫星系统。三颗卫星组网运行，完成了对全球200km以上、2000km以下空间的全轨道覆盖，覆盖率近100%，使我国在世界上继美国之后第二个拥有了对中、低轨航天器具备全球覆盖能力的中继卫星系统。6

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。截至目前，01星已经进入超期服役阶段。因此天链一号04星作为天链一号01星的备份星发射，由于01星目前在轨运行状况良好，所以，04星入轨并完成在轨测试后，将与01星、02星、03星维持一段时间的四星共轨局面。

巨大效益天链一号卫星在三个方面得到应用并将产生巨大效益：

提高测控覆盖率远望号测量船队加上10余个地面站，才能为神舟飞船提供12%的测控覆盖率。一颗中继卫星即可覆盖卫星或飞船50%的飞行弧段，无论是经济效益还是使用效率都有了质的提高。

增强卫星故障诊断能力航天器在太空中出现故障，抢救时机往往以秒计，一旦错过就可能造成永远无法挽回的损失。随着中国卫星数量的增多，故障不可避免要增加。而中继卫星投入应用后，将使航天器故障能够及早发现、尽早解决。

加快卫星数据传输资源卫星、环境卫星等应用卫星获得的利一学数据，要在卫星经过地面站上空时才能下传使用，如果突发重大自然灾害，就会失掉最佳的应对处置时机。中继卫星可使各类卫星实现数据实时下传，及时应用，是各类应用卫星的效能倍增器。1