中國天鏈1號中繼衞星組網打造“衞星倍增器”
“天鏈一號01星”“天鏈一號02星”“天鏈一號03星”實現組網運行，將使我國航天測控覆蓋率提升到近100%
三星組網：中國“天鏈”耳聰目明
——訪中國載人航天工程測控通信系統副總指揮黃惠明
記者 張曉祺 特約記者 張利文 董英隼
【核心提示】
細膩的畫質，清晰的圖像，流暢的話音……相信電視機前收看新聞的每一位觀眾，都會感受到我國首次載人交會對接任務中天地通信發生的巨大變化。音畫傳情，咫尺天涯，正是神奇的中繼衞星系統，讓天地之間不再遙遠。從進入太空那一刻起，神舟九號3位航天員在艙內穿梭、實驗的場景，甚至吃飯、休息的瞬間，都能在地面通信系統顯示屏上盡收眼底。
7月25日23時43分，我國第三顆中繼衞星“天鏈一號03星”在西昌衞星發射中心成功發射升空，標誌着中國中繼衞星系統邁入全球組網運行階段。什麼是中繼衞星？中繼衞星有何功能？中繼衞星給載人航天工程帶來哪些新變化？記者為此專訪了中國載人航天工程測控通信系統副總指揮、北京空間信息中繼傳輸技術研究中心主任黃惠明。
■伴隨着人類探索太空的鏗鏘步履，“衞星的衞星”應運而生
記者：科學家形象地將中繼衞星稱作“衞星的衞星”，請您介紹一下中繼衞星的基本概念？
黃惠明：在距地球數百公里外的太空中運行着成百上千個航天器，這些航天器猶如人們放入太空中的“風箏”，而控制這些航天器的“無形之手”，就是航天測控。一個國家無論在地面建了多少個測控站，造了多少艘海上測量船，都不能完全滿足大型航天任務跟蹤測控的需要。在太空中建立衞星觀測與數據中繼傳輸系統，是航天強國的必由之路。
中繼衞星是伴隨人類探索太空的鏗鏘步履逐步發展起來的新型空間信息傳輸系統，堪稱航天測控的革命性成果。其主要功能是進行空天數據中繼，相當於把地面測控站搬到距離地面36000公里的地球同步軌道，為衞星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。
作為在太空中運行的數據“中轉站”，中繼衞星與傳統地基測控相比，具有“站得更高、看得更遠”的優勢。與通信衞星不同，中繼衞星主要捕獲跟蹤在軌運行的高速動態目標，能使資源衞星、環境衞星等獲取的數據即時下傳，極大提升了各類衞星的使用效益。
記者：中繼衞星的工作原理是什麼？
黃惠明：中繼衞星系統由位於地球同步軌道的中繼衞星、地面系統和用户終端3部分組成。“中繼”的概念，就是傳遞地面應用系統和用户終端之間的信號，類似於“用手機轉發短信”。具體而言，中繼衞星將地面系統發射的遙控指令等數據轉發給用户終端，用户終端接收、解調遙控指令，並按照指令規定內容做出響應，同時返向傳輸其自身數據，中繼衞星接收到這些信號後，再反饋給地面系統。
記者：請您介紹一下我國中繼衞星系統的建設發展概況？
黃惠明：2003年1月，我國第一代中繼衞星系統工程正式立項，第一顆中繼衞星被命名為“天鏈一號01星”。2008年4月25日，“天鏈一號01星”成功發射並順利在軌運行，使我國成為繼美國、俄羅斯、歐洲和日本之後世界上第五個擁有中繼衞星的國家。在神舟七號任務中，“天鏈一號01星”得到成功試驗驗證，突破了高動態條件下的天基測控和數據中繼技術，實現了我國航天測控由陸海基向天基的跨越。
2011年7月11日，“天鏈一號02星”發射成功並與“天鏈一號01星”組網運行。在天宮一號與神舟八號、神舟九號交會對接任務中，中繼衞星系統作為我國陸海天基三位一體載人航天測控通信網的重要組成部分，發揮了舉足輕重的作用，使航天測控覆蓋率從18%提升到近70%。
“天鏈一號03星”與“天鏈一號01星”“天鏈一號02星”實現組網運行後，將使我國航天測控覆蓋率提升到近100%，基本消除航天器測控盲區，這標誌着我國正式建成比較完備的第一代中繼衞星系統。
記者：中國載人航天工程舉世矚目、舉國關注，中繼衞星系統的加入，帶來了哪些新變化？
黃惠明：如果把過去的載人航天天地通信比作“鄉間小路”，那麼中繼衞星參加後的天地通信就是一條“雙向高速公路”，可以更快更高效地完成信息傳達。
中繼衞星系統具有高碼速率、高動態、高軌道覆蓋率的優勢，提升了飛船和天宮一號的測控覆蓋率和數據傳輸能力，增強了空間交會對接任務實施的安全性和可靠性，為實施手控交會對接、開展空間科學實驗等提供了穩妥高效的天基測控通信保障。
記者：前不久，天宮一號與神舟九號載人交會對接任務獲得圓滿成功，中繼衞星發揮了哪些作用？
黃惠明：神舟六號任務中，聶海勝在太空能聽到女兒為他唱《生日快樂歌》，卻不能看到女兒可愛的笑臉。神舟七號任務中，翟志剛手舉五星紅旗向全國人民送來問候，卻看不到戰友關切的目光。而神舟九號任務中，航天員景海鵬、劉旺、劉洋不僅能夠與地面進行雙向視頻通話，還能通過中繼衞星發送和接收電子郵件，使天地之間溝通交流方式更加多樣化。
記者：我國在中繼衞星系統建設發展過程中有哪些創新性工作？
黃惠明：創新是中國航天事業持續發展的靈魂，自動化智能化是航天測控系統的發展趨勢。作為中繼衞星的控制管理單位，北京空間信息中繼傳輸技術研究中心面臨“長期衞星管理、長期執行任務”的雙長工作模式以及“系統建設、任務準備”兩線作戰態勢，始終堅持用技術創新促進衞星管理的自動化、智能化。
24小時不間斷管理3顆中繼衞星，執行數十個天基測控和數據中繼任務，自動化智能化是必然選擇。為此，北京空間信息中繼傳輸技術研究中心設計了衞星控制腳本及自動化調度模板，建立了穩定可靠的自動化運行模式，系統內上百套設備均實現了“有人值守、無人操作”。中心還開發研製出系統自動化運行監視軟件和衞星故障自動診斷系統，有效縮短了異常狀態的發現、判斷和處置時間。
記者：最後請您前瞻一下中繼衞星系統的應用前景？
黃惠明：隨着我國航天事業不斷發展，大力發展中繼衞星系統，實現航天測控通信天基與地基網絡一體化是大勢所趨。中國3顆中繼衞星組網運行，將為我國神舟飛船、空間實驗室、空間站及中低軌道資源衞星提供全時段的數據中繼和測控服務，無論經濟效益還是使用效率都將發生質的飛躍。
此外，航天器在太空中出現故障，搶救時機往往以秒計算。隨着中國發射衞星數量的增多，故障率不可避免，中繼衞星投入應用後，將使航天器的故障及早發現、儘早解決。資源衞星、環境衞星等應用衞星獲得的科學數據，要在衞星經過地面測控站上空時才能下傳使用，如果突發重大自然災害，就會失掉最佳的應對處置時機。中繼衞星可使各類衞星實現數據的即時下傳、及時應用，成為應用衞星的效能“倍增器”。