“太空授课”超级功臣：天链卫星，突破美国阻挠，1.2G下行速率！

十八易

又是一场激动人心的太空讲座。美女航天员王亚平轻柔的嗓音和帅哥的科普，让大家体验了一堂生动的科普课。大家不由得感觉和8年前的第一次太空教学相比，好像从DVD升级到了1080P。

这幅画质提升的背后，是我国在空间通信中继方面的突破。天联卫星就这样诞生了，它的“副产品”也成了嫦娥四世的功臣。服役中！

卫星测控与通信，一个无法回避的问题
看过卫星发射与测控纪录片的小伙伴一定会发现一个问题。卫星测控信号注入是有时间的，必须在某个时刻到达某个时刻完成，或者等到一天后，或者因为卫星没有及时注入测控数据，它失去了控制，失去了它！

为什么会这样？原因不难理解。卫星围绕地球旋转。比如我国的天宫空间站，绕一圈大约需要92.2分钟。才1000多公里！

其实卫星的高度很低，地面很快就会消失假设测控天线最佳仰角为30度，空间站轨道高度为400公里，那么最佳测控范围只有1400公里左右。以每秒7.8公里的速度，不到180秒就会飞出这个范围，只剩下3分钟的测控时间。

很多小伙伴应该说，下一圈它不会又飞到头顶了吧？那你急什么，一圈只要90分钟，再等一圈就好了，问题是，地球一天只有24小时，一圈92分钟，一天15.6圈，还有赤道上的距离每92分钟相差2560公里。

测控区是以测控天线为天顶，半径为700公里的圆（假设最佳仰角为30度，空间站轨道高度为400公里），2560公里已经超出测控范围。等到明天！

因此，要想实现24小时无死角测控，就需要在全球范围内布设测控天线。显然这是不可能的。为了执行阿波罗计划，美国斥资6亿美元（1960年代的货币价值）建造了20多个地面站，但即使在最有利的条件下，也只能覆盖不到30个地球轨道的百分比。

美国地面测控站如何解决全球测控问题？
早期由地面站和通信网络组成的系统是美国宇航局建立的第一个“全球测控系统”STADAN。但很明显，在90分钟的轨道时间内仅仅进行15分钟的测控是无法满足需求的，所以NASA决定建立MSFN网络，因为70年代航天飞机计划的诞生对测量提出了更高的要求和控制，NASA将前两者合并为STDN。

NASA在1972年的STDN如下图所示。此时，DSN已经建立，但STDN需要遍布全球的测控站。轨道备用卫星，最终成为TDRS。

上图是截至2019年3月目前的跟踪和数据中继卫星（TDRS）配置，其中10颗卫星在轨（四颗第一代、三颗第二代和三颗第三代卫星）。

一颗未发射的TDRS卫星在弗吉尼亚州尚蒂伊的StevenF.Udvar-Hazy中心展出。只需3颗卫星就可以“看到”世界上所有的低轨卫星。结合地面站的配置，可以对卫星进行24小时无死角的监测、控制和管理。
Skylink系列中继卫星：突破封锁，大家都知道中继全球
对于TDRS的好处，但是有两个问题。首先是建立这颗中继卫星的技术问题，第一个是中继通信技术，另一个麻烦的问题是天线的对准问题。你不能用当年的机械天线随时跟踪卫星。如果要同时跟踪多颗卫星怎么办，那么星载相控阵天线也是个问题呢？

当然，最麻烦的事其实早就发生了。Skylink卫星是测控卫星中的一颗卫星。展开，如何解决？
地面测控站及远航系列
我国东西最远距离4000多公里，经度相差60度，占地球的1/6360°，但是航天器向东南或西南方向发射入轨，很快就会飞出我国测控区，怎么办？

我国国内地面测控站建设地面站。NASA可以在世界各国建立地面站。只要他们看着他们，他们可以谈判，但我们不能。我们只能建造远望系列测控船。1977年8月31日在江南造船厂建成下水，先后出征44次，覆盖三大洋44万多海里，完成57项重大科研试验任务，执行神舟五号测控任务

从远望一号到远望七号，建造了后来的远望21、22系列测控船，用于全球测控。远望系列舰很经典，部署也很灵活，但是造价高，还是需要地面站配合。1996年10月6日，中国基里巴斯测控站建成。曾多次测控我国发射的卫星，造价远低于远望系列测控船。

2003年11月7日，在美国的操作下，基里巴斯与我国台湾省建交，致使我国失去了在基里巴斯的卫星测控站。测控站建设严重受挫。

基里巴斯的测控站1996年以来，我国的海外测控站建设也进入了良好的阶段。截至目前，已有十个海外测控站，如下表所示：

全球100%测控：天链卫星
早在20世纪70年代，我国就提出了研制中继卫星，但由于需要与航天计划相匹配的技术和资金，直到2003年1月，天链一号中继卫星系统项目才正式获批。

天链一号卫星于2008年4月25日在地球静止轨道发射。发射后，我国中低轨航天器测控覆盖率从12%提高到50%左右，完成了神舟七号任务。数据中继。到2021年7月6日，天链一号第05颗卫星发射升空。天链系列共有6颗卫星，覆盖100%的地球轨道测控。早在2013年6月20日上午10点，神舟十号的太空讲座就已经向大家展示了天联卫星的作用。整个51分钟的课时，神舟十号飞过了半个地球。如果地面站中继肯定是断断续续的，但是有了Skylink卫星，就没有问题了。在此过程中，信号中继切换没有停止，首次将中国航天通信中继技术一目了然。

Skylink的卫星数量现在已经增加到6颗，带宽相比2013年有了很大的提升，通信的下行速率达到了1.2G，和你使用的5G线路的通信质量差不多，甚至可能更好。数据将降落在北京飞行控制中心，然后从那里路由到世界各地。

大家也注意到了，天宫核心舱内有无线路由器，航天员可以自由使用手机等基于TCP/IP的通讯设备，就像在家里使用一样方便。这背后是天联卫星的支持。

另外，大家应该也注意到了，为嫦娥四号准备的鹊桥中继卫星，也是对我国中继卫星技术的一次突破性运用。
有了天联卫星，还需要建地面站和远洋测控船吗？
当然是必须的，但相对来说，对地面站和远程系列测控船的依赖会少一些，而且这些卫星都在天上，对美国也没什么用惹是生非，阻拦之。

但是有一点是天联卫星解决不了的，比如深空测控。我国在火星上的祝融火星车通过在轨的天问一号向地球传输数据，或从地球向火星传输测控信号。一号链根本没用。

不是因为他们的位置或者角度不对，而是因为天线不够大，因为向火星发送信号需要大口径的测控天线，至少几十米，但是近地轨道的卫星做不到暂时达到这个水平，就离不开我们的测控站和远望系列了。

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0nWXOMVt
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