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天链三星组网:航天测控网覆盖率从18%升到近100%

资料图:“天链一号”卫星示意图

7月25日23时43分,我国第三颗中继卫星“天链一号03星”在西昌卫星发射中心成功发射升空,标志着中国中继卫星系统迈入全球组网运行阶段。什么是中继卫星?中继卫星有何功能?中继卫星给载人航天工程带来哪些新变化?记者为此专访了中国载人航天工程测控通信系统副总指挥、北京空间信息中继传输技术研究中心主任黄惠明。

■伴随着人类探索太空的铿锵步履,“卫星的卫星”应运而生

记者:科学家形象地将中继卫星称作“卫星的卫星”,请您介绍一下中继卫星的基本概念?

黄惠明:在距地球数百公里外的太空中运行着成百上千个航天器,这些航天器犹如人们放入太空中的“风筝”,而控制这些航天器的“无形之手”,就是航天测控。一个国家无论在地面建了多少个测控站,造了多少艘海上测量船,都不能完全满足大型航天任务跟踪测控的需要。在太空中建立卫星观测与数据中继传输系统,是航天强国的必由之路。

中继卫星是伴随人类探索太空的铿锵步履逐步发展起来的新型空间信息传输系统,堪称航天测控的革命性成果。其主要功能是进行空天数据中继,相当于把地面测控站搬到距离地面36000公里的地球同步轨道,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”,中继卫星与传统地基测控相比,具有“站得更高、看得更远”的优势。与通信卫星不同,中继卫星主要捕获跟踪在轨运行的高速动态目标,能使资源卫星、环境卫星等获取的数据实时下传,极大提升了各类卫星的使用效益。

记者:中继卫星的工作原理是什么?

黄惠明:中继卫星系统由位于地球同步轨道的中继卫星、地面系统和用户终端3部分组成。“中继”的概念,就是传递地面应用系统和用户终端之间的信号,类似于“用手机转发短信”。具体而言,中继卫星将地面系统发射的遥控指令等数据转发给用户终端,用户终端接收、解调遥控指令,并按照指令规定内容做出响应,同时返向传输其自身数据,中继卫星接收到这些信号后,再反馈给地面系统。

记者:请您介绍一下我国中继卫星系统的建设发展概况?

黄惠明:2003年1月,我国第一代中继卫星系统工程正式立项,第一颗中继卫星被命名为“天链一号01星”。2008年4月25日,“天链一号01星”成功发射并顺利在轨运行,使我国成为继美国、俄罗斯、欧洲和日本之后世界上第五个拥有中继卫星的国家。在神舟七号任务中,“天链一号01星”得到成功试验验证,突破了高动态条件下的天基测控和数据中继技术,实现了我国航天测控由陆海基向天基的跨越。

2011年7月11日,“天链一号02星”发射成功并与“天链一号01星”组网运行。在天宫一号与神舟八号、神舟九号交会对接任务中,中继卫星系统作为我国陆海天基三位一体载人航天测控通信网的重要组成部分,发挥了举足轻重的作用,使航天测控覆盖率从18%提升到近70%。

“天链一号03星”与“天链一号01星”“天链一号02星”实现组网运行后,将使我国航天测控覆盖率提升到近100%,基本消除航天器测控盲区,这标志着我国正式建成比较完备的第一代中继卫星系统。

记者:中国载人航天工程举世瞩目、举国关注,中继卫星系统的加入,带来了哪些新变化?

黄惠明:如果把过去的载人航天天地通信比作“乡间小路”,那么中继卫星参加后的天地通信就是一条“双向高速公路”,可以更快更高效地完成信息传达。

中继卫星系统具有高码速率、高动态、高轨道覆盖率的优势,提升了飞船和天宫一号的测控覆盖率和数据传输能力,增强了空间交会对接任务实施的安全性和可靠性,为实施手控交会对接、开展空间科学实验等提供了稳妥高效的天基测控通信保障。

记者:前不久,天宫一号与神舟九号载人交会对接任务获得圆满成功,中继卫星发挥了哪些作用?

黄惠明:神舟六号任务中,聂海胜在太空能听到女儿为他唱《生日快乐歌》,却不能看到女儿可爱的笑脸。神舟七号任务中,翟志刚手举五星红旗向全国人民送来问候,却看不到战友关切的目光。而神舟九号任务中,航天员景海鹏、刘旺、刘洋不仅能够与地面进行双向视频通话,还能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。

记者:我国在中继卫星系统建设发展过程中有哪些创新性工作?

黄惠明:创新是中国航天事业持续发展的灵魂,自动化智能化是航天测控系统的发展趋势。作为中继卫星的控制管理单位,北京空间信息中继传输技术研究中心面临“长期卫星管理、长期执行任务”的双长工作模式以及“系统建设、任务准备”两线作战态势,始终坚持用技术创新促进卫星管理的自动化、智能化。

24小时不间断管理3颗中继卫星,执行数十个天基测控和数据中继任务,自动化智能化是必然选择。为此,北京空间信息中继传输技术研究中心设计了卫星控制脚本及自动化调度模板,建立了稳定可靠的自动化运行模式,系统内上百套设备均实现了“有人值守、无人操作”。中心还开发研制出系统自动化运行监视软件和卫星故障自动诊断系统,有效缩短了异常状态的发现、判断和处置时间。

记者:最后请您前瞻一下中继卫星系统的应用前景?

黄惠明:随着我国航天事业不断发展,大力发展中继卫星系统,实现航天测控通信天基与地基网络一体化是大势所趋。中国3颗中继卫星组网运行,将为我国神舟飞船、空间实验室、空间站及中低轨道资源卫星提供全时段的数据中继和测控服务,无论经济效益还是使用效率都将发生质的飞跃。

此外,航天器在太空中出现故障,抢救时机往往以秒计算。随着中国发射卫星数量的增多,故障率不可避免,中继卫星投入应用后,将使航天器的故障及早发现、尽早解决。资源卫星、环境卫星等应用卫星获得的科学数据,要在卫星经过地面测控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的实时下传、及时应用,成为应用卫星的效能“倍增器”。

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