中国航天｜太空站第一课开讲 全程直播靠“天链”

刊登日期 : 08/12/2021

中国航天｜天链解决地球测控站不足 促成太空课堂

　　要说天链中继卫星，先要了解航天器的通信和测控，这是“天地对话”和“太空课堂”的关键。

　　受地球曲率（地球表面的弧度）影响，每个地面测控站对在地球低轨道（大约距离地球300多至400多公里）运行的飞船、太空站或卫星，最长测控通信时间只有8分钟，所以要对低轨道航天器作全时段、全覆盖通信和测控，理论上必须在全球各地分布100多个测控站，惟这涉及庞大经费，更牵涉政治外交问题，不可能实现。

　　对低轨道航天器的通信测控，中国以往是靠分布国境内10多个测控站，以及驶至各海域的“远望”系列远洋测量船，再加上极少数设于海外的测控站。但它加起来的覆盖范围仍然有限，总共只15%左右。

　　2003年中国第一位太空人杨利伟乘神舟五号载人飞船升空，期间数次与地球“天地对话”，但因测控通信范围限制，对话只能在神五飞庄测控站“看得到”的上空时进行，持续时间也很短。

　　而且当时天地之间通讯的频宽很小，不足以双向视像对话，结果杨利伟只能听到地面的声音，看不到画面；地面人员虽然听到声音，也看到杨利伟，可是画质很差，也不流畅。

　　因应后继的航天事业发展，中国必须彻底解决问题，务求天地间的通信和测控没有盲区，而方法就是发展自己的中继卫星；这也是后来的天链中继卫星系统。

 中国航天｜天链居高临下为太空课堂拉线

 　　中继卫星被形容为“卫星的卫星”，它运行在距地面大约3.6万公里的地球同步轨道上（亦即卫星绕地球运行一周的时间，与地球自转周期相同），可充分发挥“居高临下”优势，为中、低轨道上运行的航天器双向转发通信和测控数据，其作用相当于在太空建立一个“基站”。

　　在这操作下，数据传输虽然变得转折，但因身处高轨道旳中继卫星能覆盖范围极大，地球曲率造成的覆盖“盲位”也随之便变小。

　　那能否完全消除“盲位”呢？其实以3.6万公里轨道计算，只要平均分布3颗中继卫星，便能组成一张完整覆盖网，让地球测控站与中、低轨道航天器的全时段沟通。

　　当然，中继卫星不是中国首创，早在1983年，美国便用穿梭机发射了世界上第一颗中继卫星，之后弓陆续发射组网，开启航天测控新纪元，而俄、日和欧盟亦有同类的卫星。

　　延伸阅读：天链如何助力首次载人自主快速对接

　　话说回来，中国第一代中继卫星名为“天链一号”，它以“东方红三号”通信卫星作平台，其研发始于2003年，也就是杨利伟升空的那一年。

　　2008年4月，第一颗“天链一号”（“天链一号”01星）发射升空，它使中国对中低轨道航天器的通信测控覆盖率，大幅提升到50%左右，不久后升空的神舟七号飞船，便靠它来中继数据；有后发优势的“天链一号”技术达世界顶级，它提供的通信频宽，与神舟五号不可同日而语。

　　随后“天链一号”的02星和03星，分别于2011年7月和2012年7月发射。它们与01星联网，构成中国第一代中继卫星系统，并对中、低轨道航天器实现接近100%全范围通信测控；中国也成为继美国之后，第二个拥有完整中继卫星系统的国家。

中国航天｜香港设地面分课堂 太空人与学生互动

 　　2012年神舟九号的太空人实现与地球双向视像通话；2013年神舟十号女太空人王亚平首次“太空授课”，全程40分钟全不间断，都是“天链”之功。

　　另外，中国在2016年12月发射“天链一号”的04星，接替超期服役的01星。至2019年3月，第二代中继卫星系统的“天链二号”01星也顺利升空。

　　“天链二号”以更先进的“东方红四号”通信卫星作平台，它可以测控的目标数量更多，覆盖范围更广，而且能提供的数据传输速率比“天链一号”增加了一倍，下载速率达到1.2G，与地面5G通信相当，时延为秒级，这也太空人“天宫”能极速上网的原因。

　　2021年6月23日，乘搭神舟十二号飞天的太空人聂海胜、刘伯明、汤洪波，在中国太空站上与国家主席习近平“天地对话”；9月3日，他们又与香港青少年即时互动，两次交流的声画质素令人“惊艳”。

　　随后太空人翟志刚、王亚平和叶光富乘神舟十三号进驻天宫，并于同年12月9日展开中国太空站上第一次课堂，大家当然知道，天链中继卫星也是保障这次交流的“无名英雄”。

　　据悉，中国太空站的第一课是12月9日下午3时40分展开，除了“太空教师”王亚平外，另外两位太空人翟志刚、叶光富也会首当老师，课堂并将由电视台全程现场直播。

　　这太空授课采取天地互动方式进行，在中国科技馆设置地面主课堂，并在广西南宁、四川汶川、香港、澳门设置地面分课堂。期间3名太空人将在轨介绍展示中国空间站工作生活场景，演示微重力环境下细胞学实验、物体运动、液体表面张力等现象，并与地面课堂进行实时交流，传播载人航天知识。

　　延伸阅读：中国太空人9月3日与香港学生“天地对话”