作者:王婷婷 来源:科技日报 发布时间:2012-8-1 10:42:22
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“天链一号03星”进入预定轨道
我国太空数据“中转站”正式建成


阿瑟·克拉克(1917—2008年)

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。
 
对于关注我国空间载人任务的人们来说,“天链”并不陌生。在6月底刚刚顺利完成的我国首次空间载人交会对接任务中,“天链”字样频频出现在任务监控的大屏幕上,正是这一系统,用70%以上的覆盖率,为整个任务圆满完成提供了高覆盖、高可靠、高码率、高质量的数据和图像传输。
 
名词解释
 
中继卫星:“卫星的卫星”
 
中继卫星的主要功能是进行天基测控和空天数据中继,相当于把地面测控站搬到距地面36000公里的地球同步轨道上,可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。
 
作为在太空中运行的数据“中转站”,中继卫星能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传,极大提升各类卫星使用效益和应急能力,因此被人们形象地称为“卫星的卫星”。
 
中继卫星系统集跟踪、测控、数据中继等多种功能为一体,是空间信息传输的枢纽和高效的天基测控设施。中继卫星与通信卫星相比,通信卫星的用户主要为地面固定站或速度较低的移动通信站,其星载天线大多指向固定,而中继卫星星间天线大多需要跟踪高速高动态运动的卫星、飞船等航天器。
 
中继卫星系统由位于地球同步轨道的中继卫星、地面应用系统和用户终端三部分组成。中继卫星中继往返于地面站和用户目标之间的信号,将地面站发射的遥控指令、测距信号和其他注入数据通过中继卫星转发给用户目标,用户目标接收、解调出遥控指令,并按照指令规定的内容做出响应,同时返向传输它自身获得的数据给中继卫星,中继卫星接收到这些信号后,再转发到地面。
 
专家连线
 
中继卫星具有覆盖性、实时性和经济性三大优点
 
“天链一号03星”总指挥兼总设计师、中国空间技术研究院研究员王家胜接受记者采访时表示,一般说来,中继卫星具有覆盖性、实时性和经济性等三大优点。
 
覆盖性方面,中继卫星系统对于中低轨航天器的覆盖率很高,地基系统一个地面站的轨道覆盖率只有大概2%—3%,而一颗中继卫星的覆盖率在50%左右。
 
实时性方面,中继卫星能够把资源、环境等卫星所获取的信息实时传回地面,由于本土的一些局限性,资源、环境等卫星信息如果靠地基的地面站接收回传,一般需要几个小时甚至更长的时间,而信息实时回传对于有些航天任务来说非常重要。
 
经济性方面,虽然理论上可以通过地基系统来完成航天测控的覆盖性和实时性要求,但是这需要很大代价,因为要在地球上建几十个甚至几百个的地面站,而且有的地方(海洋、沙漠)根本不可能实现。而利用中继卫星,3颗卫星就能够实现全轨道覆盖,具有很大经济优势。
 
点击“03星”
 
三星组网 服务我国未来空间站建设
 
“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”将与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。这一系统将使我国载人航天飞行任务的测控覆盖率接近100%,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。
 
随时与地面联系 满足航天员心理诉求
 
随时随地掌握天上航天器的动态,“这对载人航天是至关重要的。”“天链一号”卫星工程副总设计师刘晋指出,“因为有我们的航天员在上头,不论在何时、在何地,我们都应该能够清楚地知道他们的情况,为他们提供坚强的保障,来确保他们的安全,以及飞行器的安全”。
 
刘晋表示,中国将来的空间站是长期载人的飞行器,必然需要能随时随地与地面进行上、下行的数据传输和信息沟通,一方面,地面需要知道空间站上面的情况,另一方面,航天员很少的人在很小的空间内长期远离祖国、远离大地,他们会有一种心理诉求,希望能够和地面上的人们沟通,不光能听到大家的声音,还能看到大家的影像、家人和孩子的影像等。这时候,中继卫星系统可以发挥很大作用,“天链一号”三星实现全球组网运行后,中国空间站内长期工作、生活的航天员,就可以随时随地与地面联系,和在地面上工作相差无几。
 
中国以往的载人航天任务受带宽限制,航天员在太空中只能收听话音却无法看到地面高清画面。中继卫星建立“空—空—地”传输链路,航天员既能与地面进行长时间通话,也能进行双向视频聊天,还可以通过中继卫星发送和接收电子邮件,使天地之间沟通交流方式更加多样化。
 
在今年6月的神舟九号任务中,“天链一号”01、02星通过接力测控,让飞船和天宫运行的大部分圈次都能与地面实现1小时以上的连续双向数据传输,地面监视系统可以更加便捷地获取航天员的生理参数,为保障航天员安全发挥出重要作用。对广大社会公众而言,通过电视转播,也能够更完整、更清晰地看到3位航天员在太空中活动的实时画面。
 
延伸阅读
 
科幻作家克拉克与中继卫星
 
阿瑟·克拉克是享誉全球的科幻作家,他的作品不但具有文学价值,更具有科技预测的价值。地球同步轨道通讯卫星是克拉克在1945年一篇论文中设想出来的。刊登在英国《无线电世界》中的这篇名为《地球外的转播》的技术预测文章中,克拉克详细论述了卫星通信的可行性。这篇论文用一系列的图表和方程式,论证了“空间站”驻泊于距赤道36000千米的轨道上,就可以与地球保持同步运转;多个“空间站”作为中继,就可以提供覆盖全球的通信网。
 
克拉克总用无比精细的技术细节预言着未来科技的发展。在《太阳帆船》(1972)一文中,他描写了利用太阳风作为飞船动力的故事。2005年美俄已经联手进行了“太阳帆”试验并取得成功。或许在不久的将来,真能如克拉克设想的那样,会有一场从地球到月球的太阳帆船比赛,甚至能成为奥运会的项目之一。
 
《天堂的喷泉》(1979)是克拉克另一部缜密地描述人类伟大工程的作品:不远的将来,人类集全球力量在位于赤道的岛国建造了一条通天电梯,人和货物可以搭乘电梯用几天的时间上升到36000千米高的同步轨道,这个一劳永逸的工程使昂贵的火箭发射成为了历史,任何人都有机会到太空一游。此后来自工程界的肯定恐怕成为对克拉克技术预测式小说的最大褒奖。

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