太空授課的幕后英雄

6月20日，神舟十號3名航天員在天宮一號開展基礎物理實驗，為青少年進行太空授課，全國8萬余所中學6000余萬名師生同步收看直播。這是中國首次舉行太空科普教育活動，得益于2012年7月建成的能夠覆蓋全球的載人航天天基測控網。這個由13個地面測控站、4艘遠洋測量船、1個天基測控系統組成的航天測控網，首次在神舟十號飛行任務中亮相，為太空授課提供通信支持。

把測控站搬到天上

在距地球數百千米外的太空中運行著成百上千個航天器，這些航天器猶如人們放入太空中的“風箏”，而控制這些航天器的“無形之手”，就是航天測控。一個國家無論在地面建了多少個測控站，造了多少艘海上測量船，都很難完全滿足大型航天任務跟蹤測控的需要。在太空中建立衛星觀測與數據中繼傳輸系統，是航天強國的必由之路。

中繼衛星堪稱航天測控的革命性成果。其主要功能是進行空天數據中繼，相當于把地面測控站搬到距離地面36000千米的地球同步軌道，為衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務。

作為在太空中運行的數據“中轉站”，中繼衛星與傳統地基測控相比，具有“站得更高、看得更遠”的優勢。與通信衛星不同，中繼衛星主要捕獲跟蹤在軌運行的高速動態目標，能使資源衛星、環境衛星等獲取的數據實時下傳，極大提升了各類衛星的使用效益。

中繼衛星系統由位于地球同步軌道的中繼衛星、地面系統和用戶終端3部分組成。“中繼”的概念，就是傳遞地面應用系統和用戶終端之間的信號，類似于“用手機轉發短信”。具體而言，中繼衛星將地面系統發射的遙控指令等數據轉發給用戶終端，用戶終端接收、解調遙控指令，并按照指令規定內容做出0向應，同時返向傳輸其自身數據，中繼衛星接收到這些信號后，再反饋給地面系統。

中國的“天鏈”

2003年1月，我國第一代中繼衛星系統工程正式立項，第一顆中繼衛星被命名為“天鏈一號01星”。2008年4月25日，“天鏈一號01星”成功發射并順利在軌運行，使我國成為繼美國、俄羅斯、歐洲和日本之后世界上第五個擁有中繼衛星的國家。在神舟七號任務中，“天鏈一號01星”得到成功試驗驗證，突破了高動態條件下的天基測控和數據中繼技術，實現了我國航天測控由陸海基向天基的跨越。

2011年7月11日，“天鏈一號02星”發射成功并與“天鏈一號01星”組網運行。在天宮一號與神舟八號、神舟九號交會對接任務中，中繼衛星系統作為我國陸海天基三位一體載人航天測控通信網的重要組成部分，發揮了舉足輕重的作用，使航天測控覆蓋率從18%提升到近70%。

2012年7月25日23時43分，我國第三顆中繼衛星“天鏈一號03星”在西昌衛星發射中心成功發射升空，標志著中國中繼衛星系統邁入全球組網運行階段。“天鏈一號03星”與“天鏈一號01星”“天鏈一號02星”實現組網運行后，使我國航天測控覆蓋率提升到近100%，基本消除航天器測控盲區。

載人航天更有看頭

在“天鏈一號01星”發射前，遠望號測量船隊加上十余個地面站，才能為神舟飛船提供12%的測控覆蓋率，而一顆中繼衛星即可覆蓋衛星或飛船50%的飛行弧段。如果把過去的載人航天天地通信比作“鄉間小路”，那么中繼衛星參加后的天地通信就是一條“雙向高速公路”，可以更快更高效地完成信息傳達。

中繼衛星系統具有高碼速率、高動態、高軌道覆蓋率的優勢，提升了飛船和天宮一號的測控覆蓋率和數據傳輸能力，增強了空間交會對接任務實施的安全性和可靠性，為實施手控交會對接、開展空間科學實驗等提供了穩妥高效的天基測控通信保障。

神舟六號任務中，聶海勝在太空能聽到女兒為他唱《生日快樂歌》，卻不能看到女兒可愛的笑臉。神舟七號任務中，翟志剛手舉五星紅旗向全國人民送來問候，卻看不到戰友關切的目光。而神舟九號任務中，航天員景海鵬、劉旺、劉洋不僅能夠與地面進行雙向視頻通話，還能通過中繼衛星發送和接收電子郵件，使天地之間溝通交流方式更加多樣化。待到神舟十號任務，青少年們都可收看精彩的太空授課直播。

智能化管理衛星

24小時不間斷管理3顆中繼衛星，執行數十個天基測控和數據中繼任務，自動化智能化是必然選擇。為此，北京空間信息中繼傳輸技術研究中心設計了衛星控制腳本及自動化調度模板，建立了穩定可靠的自動化運行模式，系統內上百套設備均實現了“有人值守、無人操作”。中心還開發研制出系統自動化運行監視軟件和衛星故障自動診斷系統，有效縮短了異常狀態的發現、判斷和處置時間。

隨著我國航天事業不斷發展，大力發展中繼衛星系統，實現航天測控通信天基與地基網絡一體化是大勢所趨。3顆中繼衛星組網運行，為我國神舟飛船、空間實驗室、空間站及中低軌道資源衛星提供全時段的數據中繼和測控服務，無論經濟效益還是使用效率都將發生質的飛躍。

此外，航天器在太空中出現故障，搶救時機往往以秒計算。隨著中國發射衛星數量的增多，故障率不可避免，中繼衛星投入應用后，將使航天器的故障及早發現、盡早解決。資源衛星、環境衛星等應用衛星獲得的科學數據，要在衛星經過地面測控站上空時才能下傳使用，如果突發重大自然災害，就會失掉最佳的應對處置時機。中繼衛星可使各類衛星實現數據的實時下傳、及時應用，成為應用衛星的效能“倍增器”。