20日上午，神十航天員王亞平將在天宮一號(hào)上面向中小學(xué)生進(jìn)行我國(guó)首次太空授課。此次太空授課需要我國(guó)強(qiáng)大的航天測(cè)控能力作為后盾;需要天鏈一號(hào)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星在背后進(jìn)行支持。此次太空授課將通過(guò)天鏈數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”傳送，公眾可以看到更穩(wěn)定、更清晰的實(shí)時(shí)畫(huà)面。這也將是對(duì)中國(guó)第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)傳輸能力的考驗(yàn)和展示。
太空中的衛(wèi)星有很多種， 比如觀(guān)測(cè)氣象的氣象衛(wèi)星， 進(jìn)行廣播電視信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ判l(wèi)星， 觀(guān)測(cè)地表和淺地層情況的遙感衛(wèi)星，觀(guān)測(cè)海洋洋流和水溫的海洋衛(wèi)星，進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位衛(wèi)星……等等，這些衛(wèi)星有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即數(shù)據(jù)傳輸是在地面和衛(wèi)星之間進(jìn)行的。
還有一種衛(wèi)星，它除了可以進(jìn)行星地通信外，還可以與其他航天器之間進(jìn)行星際通信，它的主要任務(wù)，就是將一些航天器的數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸?shù)降孛婊蛘咂渌暮教炱鳎粗嗳弧?這個(gè)信息傳遞的接力手，就是我們今天用的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。
在沒(méi)有數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星之前，衛(wèi)星數(shù)據(jù)要傳輸?shù)降孛妫鸵⑿堑赝ㄐ沛溌贰Ｈ绻l(wèi)星與地球的相對(duì)位置是固定不變的，即衛(wèi)星在36000公里高的地球同步軌道上(大多數(shù)是通信廣播衛(wèi)星)，建立這樣的通信鏈路就相對(duì)方便。可是，絕大多數(shù)衛(wèi)星都是在200-2000公里的低軌道上，比如神舟十號(hào)與天宮一號(hào)組合體，它們相對(duì)地球不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，速度比地球自轉(zhuǎn)快很多。一顆低軌衛(wèi)星繞地球一周，只在很小的一部分運(yùn)行軌跡中，能夠與一個(gè)固定地面站建立穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸鏈路。用航天術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，一個(gè)地面衛(wèi)星站，對(duì)一個(gè)中低軌航天器的軌道覆蓋率只有大約2%-3%。
就是說(shuō)，一顆低軌道衛(wèi)星繞地球一圈，一個(gè)地面站只有2%-3%左右的時(shí)間，能夠“看”到這顆衛(wèi)星，并和它對(duì)話(huà)。要想再次和它對(duì)話(huà)，要等衛(wèi)星再繞地球一圈，直至我們能“看”到它的時(shí)候。所以每次星地對(duì)話(huà)的時(shí)間很短，這樣就不能進(jìn)行太空授課、交流問(wèn)答。
為了更加實(shí)時(shí)的掌握低軌航天器數(shù)據(jù)，就要提高軌道覆蓋率。而提高軌道覆蓋率，解決的辦法有兩類(lèi)。第一類(lèi)是大大增加地面衛(wèi)星接收站的數(shù)量或大量建造遠(yuǎn)洋測(cè)量船(如“遠(yuǎn)望”系列測(cè)量船)，這樣做未免太浪費(fèi)，那是相當(dāng)?shù)臒X(qián)啊。
第二類(lèi)辦法，就是在太空建立數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。
原理是這樣的：如果在36000公里的地球同步軌道，均勻部署3顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，假設(shè)為ABC三星。那么，我們就可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)目標(biāo)
1 無(wú)論低軌道衛(wèi)星在什么位置運(yùn)行，在它的上方，至少都被ABC中的某一顆中繼衛(wèi)星覆蓋。
2 無(wú)論一個(gè)國(guó)家的地面站在地球的什么位置，在它的上方，至少都被一顆固定的中繼衛(wèi)星覆蓋，假設(shè)為C星。
那么，當(dāng)?shù)蛙壍佬l(wèi)星被C星覆蓋時(shí)，就隨時(shí)可以將自己的數(shù)據(jù)通過(guò)C星轉(zhuǎn)發(fā)本國(guó)地面站(當(dāng)然也可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)往地面站而不經(jīng)過(guò)C星轉(zhuǎn)發(fā))。而當(dāng)?shù)蛙壍佬l(wèi)星被A或B星覆蓋時(shí)，就隨時(shí)可以將自己的數(shù)據(jù)發(fā)給A或B星，A/B星可以將數(shù)據(jù)接力發(fā)給C星，再通過(guò)C星與本國(guó)地面站的鏈路傳輸給地面。
簡(jiǎn)單說(shuō)，理論上，一顆地球同步軌道上的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，軌道覆蓋率就可以達(dá)到50%，三顆就可以實(shí)現(xiàn)100%的覆蓋率。知道這個(gè)就行了。
中繼衛(wèi)星的核心優(yōu)勢(shì)是：實(shí)時(shí)全程測(cè)控、實(shí)時(shí)全程傳輸、降低測(cè)控成本
實(shí)時(shí)全程測(cè)控：中繼衛(wèi)星可以大幅提升航天器(如宇宙飛船、太空實(shí)驗(yàn)室、火箭、衛(wèi)星)的測(cè)控覆蓋率接近100%。增強(qiáng)了空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)實(shí)施的安全性和可靠性，為實(shí)施手控交會(huì)對(duì)接、開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等提供了穩(wěn)妥高效的天基測(cè)控通信保障。
實(shí)時(shí)全程傳輸：中繼衛(wèi)星作為在太空中運(yùn)行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳，極大提升各類(lèi)衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力，同時(shí)降低測(cè)控成本：最少只要3顆衛(wèi)星，就可以進(jìn)行全球中繼衛(wèi)星組網(wǎng)。如果中繼衛(wèi)星的功能足夠先進(jìn)，則可以替代大批地面衛(wèi)星測(cè)控站和遠(yuǎn)洋測(cè)量船，經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀(guān)的。于是中國(guó)第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星——“天鏈一號(hào)”，終于登場(chǎng)了。