中國航天｜太空站第一課開講 全程直播靠「天鏈」

刊登日期 : 08/12/2021

中國航天｜天鏈解決地球測控站不足 促成太空課堂

　　要說天鏈中繼衛星，先要了解航天器的通信和測控，這是「天地對話」和「太空課堂」的關鍵。

　　受地球曲率（地球表面的弧度）影響，每個地面測控站對在地球低軌道（大約距離地球300多至400多公里）運行的飛船、太空站或衛星，最長測控通信時間只有8分鐘，所以要對低軌道航天器作全時段、全覆蓋通信和測控，理論上必須在全球各地分布100多個測控站，惟這涉及龐大經費，更牽涉政治外交問題，不可能實現。

　　對低軌道航天器的通信測控，中國以往是靠分布國境內10多個測控站，以及駛至各海域的「遠望」系列遠洋測量船，再加上極少數設於海外的測控站。但它加起來的覆蓋範圍仍然有限，總共只15%左右。

　　2003年中國第一位太空人楊利偉乘神舟五號載人飛船升空，期間數次與地球「天地對話」，但因測控通信範圍限制，對話只能在神五飛庄測控站「看得到」的上空時進行，持續時間也很短。

　　而且當時天地之間通訊的頻寬很小，不足以雙向視像對話，結果楊利偉只能聽到地面的聲音，看不到畫面；地面人員雖然聽到聲音，也看到楊利偉，可是畫質很差，也不流暢。

　　因應後繼的航天事業發展，中國必須徹底解決問題，務求天地間的通信和測控沒有盲區，而方法就是發展自己的中繼衛星；這也是後來的天鏈中繼衛星系統。

 中國航天｜天鏈居高臨下為太空課堂拉線

 　　中繼衛星被形容為「衛星的衛星」，它運行在距地面大約3.6萬公里的地球同步軌道上（亦即衛星繞地球運行一周的時間，與地球自轉周期相同），可充分發揮「居高臨下」優勢，為中、低軌道上運行的航天器雙向轉發通信和測控數據，其作用相當於在太空建立一個「基站」。

　　在這操作下，數據傳輸雖然變得轉折，但因身處高軌道旳中繼衛星能覆蓋範圍極大，地球曲率造成的覆蓋「盲位」也隨之便變小。

　　那能否完全消除「盲位」呢？其實以3.6萬公里軌道計算，只要平均分布3顆中繼衛星，便能組成一張完整覆蓋網，讓地球測控站與中、低軌道航天器的全時段溝通。

　　當然，中繼衛星不是中國首創，早在1983年，美國便用穿梭機發射了世界上第一顆中繼衛星，之後弓陸續發射組網，開啟航天測控新紀元，而俄、日和歐盟亦有同類的衛星。

　　延伸閱讀：天鏈如何助力首次載人自主快速對接

　　話說回來，中國第一代中繼衛星名為「天鏈一號」，它以「東方紅三號」通信衛星作平台，其研發始於2003年，也就是楊利偉升空的那一年。

　　2008年4月，第一顆「天鏈一號」（「天鏈一號」01星）發射升空，它使中國對中低軌道航天器的通信測控覆蓋率，大幅提升到50%左右，不久後升空的神舟七號飛船，便靠它來中繼數據；有後發優勢的「天鏈一號」技術達世界頂級，它提供的通信頻寬，與神舟五號不可同日而語。

　　隨後「天鏈一號」的02星和03星，分別於2011年7月和2012年7月發射。它們與01星聯網，構成中國第一代中繼衛星系統，並對中、低軌道航天器實現接近100%全範圍通信測控；中國也成為繼美國之後，第二個擁有完整中繼衛星系統的國家。

中國航天｜香港設地面分課堂 太空人與學生互動

 　　2012年神舟九號的太空人實現與地球雙向視像通話；2013年神舟十號女太空人王亞平首次「太空授課」，全程40分鐘全不間斷，都是「天鏈」之功。

　　另外，中國在2016年12月發射「天鏈一號」的04星，接替超期服役的01星。至2019年3月，第二代中繼衛星系統的「天鏈二號」01星也順利升空。

　　「天鏈二號」以更先進的「東方紅四號」通信衛星作平台，它可以測控的目標數量更多，覆蓋範圍更廣，而且能提供的數據傳輸速率比「天鏈一號」增加了一倍，下載速率達到1.2G，與地面5G通信相當，時延為秒級，這也太空人「天宮」能極速上網的原因。

　　2021年6月23日，乘搭神舟十二號飛天的太空人聶海勝、劉伯明、湯洪波，在中國太空站上與國家主席習近平「天地對話」；9月3日，他們又與香港青少年即時互動，兩次交流的聲畫質素令人「驚艷」。

　　隨後太空人翟志剛、王亞平和葉光富乘神舟十三號進駐天宮，並於同年12月9日展開中國太空站上第一次課堂，大家當然知道，天鏈中繼衛星也是保障這次交流的「無名英雄」。

　　據悉，中國太空站的第一課是12月9日下午3時40分展開，除了「太空教師」王亞平外，另外兩位太空人翟志剛、葉光富也會首當老師，課堂並將由電視台全程現場直播。

　　這太空授課採取天地互動方式進行，在中國科技館設置地面主課堂，並在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門設置地面分課堂。期間3名太空人將在軌介紹展示中國空間站工作生活場景，演示微重力環境下細胞學實驗、物體運動、液體表面張力等現象，並與地面課堂進行實時交流，傳播載人航天知識。

　　延伸閱讀：中國太空人9月3日與香港學生「天地對話」