天鏈衛(wèi)星的作用恐怕被你低估了

文/毛新愿

3月31日23時51分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，將“天鏈二號01星”送入太空，衛(wèi)星成功進入地球同步軌道。

沒“天鏈”楊利偉在天上很孤獨

航天器的任何數(shù)據(jù)都需要傳到地面控制中心才是有意義的，但對于大多數(shù)飛在幾百公里高的航天器而言，它們每90分鐘左右就繞飛地球一圈，這意味著它們大部分時間都是無法跟定點的地面控制中心通信的。

載人航天一般在距離地球400公里高度左右，是受影響的典型，只有在飛臨控制中心或地面通信網(wǎng)附近時，才能聯(lián)系。

2003年，中國第一位航天員楊利偉順利升空，在軌期間他數(shù)次與地面控制站進行了“天地通話”。但這種通話都有著很嚴格的限制，必須在喀什測控站收到“神舟五號”信息后，利用極短的時間窗口，抓緊進行通訊。

飛船繞地球一圈大概才90分鐘。衛(wèi)星路過中國上空的時間很短，國境內(nèi)的觀測站和通訊站有效保持通訊時間極限也就10分鐘左右。21個小時飛行時間內(nèi)，他繞地球飛行了14圈。

▲習(xí)近平與航天員進行天地通話

當時中國的對太空通訊能力除了幾艘派到外面的遠望測量船，就只能依賴位于本土的一些測控站（喀什、西安、青島等），所以要和楊利偉通信，就要利用每一次寶貴的飛躍中國大陸間隔，抓緊進行溝通。

當時楊利偉與時任國防部長曹剛川通話時間是10月15日17時26分，是飛行第六圈，簡短匯報任務(wù)后就必須結(jié)束。

后來在10月15日19點58分，飛行第八圈時，楊利偉與家人進行了通話。這次家里人強壓著緊張、眼里打轉(zhuǎn)著淚水的通話，只持續(xù)了4分50秒。

在這些時間外，楊利偉幾乎是沒有辦法和地面有任何聯(lián)系的，只能一個人蜷縮在狹小封閉的艙內(nèi)，等待下一個通信周期的到來，默默忍受著孤獨。這種故事，也發(fā)生在航天第一人加加林身上。那是1961年，他升空以后是生是死地面根本無法得知，只能一個人面對所有情況，風(fēng)險和壓力可想而知。

有“天鏈”王亞平實現(xiàn)太空授課

楊利偉面對的情況慢慢發(fā)生了改變，到了2013年6月20日的“神舟十號”上，不但天地通信不再是障礙，女航天員王亞平更是通過央視直播的方式，給全國中小學(xué)生進行了長達51分鐘的太空授課。

Years later, that young woman became very ill. She went to a big city to see the doctors.

這意味著飛船圍繞地球飛了大半圈，超過2萬公里！

▲太空授課

▲火箭合罩 謝奇勇攝

而到了2016年11月的“天宮二號”與“神舟十一號”載人飛行任務(wù)時，景海鵬與陳冬在空間實驗室里觀看《新聞聯(lián)播》的直播已經(jīng)成為了飛行33天里可以做的常規(guī)活動。

這一切的巨大變化就來自這個新的通訊手段：天鏈，即當時我國新建立的天鏈一號中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的通信衛(wèi)星被放置在距離地球36000公里的軌道高度，這個軌道高度的衛(wèi)星圍繞地球一圈時間與地球自轉(zhuǎn)一圈時間恰好一樣，因而相對我們靜止。這樣的話我們就相當于在太空中擁有一座一座“傳話的烽火臺”，這些烽火臺之間也可以彼此通信，只需三顆就可以實現(xiàn)對地球所有點全覆蓋。

天鏈一號的建立歷史如下：

天鏈一號01星：2008年4月25日發(fā)射

天鏈一號02星：2011年7月11日發(fā)射

天鏈一號03星：2012年7月25日發(fā)射

所以自2012年起，中國已經(jīng)擁有了一個覆蓋全球的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。

一顆停在非洲上空，一顆停在印度洋上空，一顆停在太平洋上空，能保證中低軌衛(wèi)星在從非洲到太平洋中部的大區(qū)間內(nèi)，至少有兩顆天鏈衛(wèi)星能實時轉(zhuǎn)發(fā)信號到中國大陸。其他區(qū)間也有一顆天鏈衛(wèi)星能傳遞。

中國是世界三個擁有全球覆蓋能力的國家之一，另外兩個是美國和俄羅斯。但目前總體狀況是美國和中國最強，只有這兩個國家實現(xiàn)了事實的全球無縫鏈接通信。

天鏈一號01星的設(shè)計壽命是6年，已經(jīng)在超期服役狀態(tài)下繼續(xù)工作了幾年，所以2016年11月22日發(fā)射的天鏈一號04星理論上是用來替換它的，作用是在天鏈一號01星失效前起到對這個天鏈一號中繼網(wǎng)絡(luò)的備份作用。

事實上，遠不止服務(wù)于載人航天，天鏈一號系統(tǒng)可以服務(wù)于非常多比它低的中國衛(wèi)星。近幾年，中國航天的進展可謂神速，火箭發(fā)射次數(shù)可以用暴增來形容，衛(wèi)星數(shù)量也隨之驟增，天鏈一號系統(tǒng)因此獲得了更廣泛的應(yīng)用。中國天宮空間站也將在這兩年逐漸開建，這意味著將會有中國航天員長期駐留近地軌道，對中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的通信能力和服務(wù)能力需求也將暴增。

在這種情況下，天鏈一號系統(tǒng)必須升級。在過去的十多年內(nèi)，中國航天一直致力于改進這整套系統(tǒng)，最終推出了“天鏈二號”。因而，“天鏈二號”也將像“天鏈一號”一樣，擁有至少3顆星，這次發(fā)射的是01星。

天鏈二號01星在任務(wù)規(guī)劃、系統(tǒng)管理、業(yè)務(wù)運行上相比前一代系統(tǒng)取得了顯著進步，數(shù)據(jù)傳輸速率和多目標服務(wù)能力也有較大提升，將對提高中低軌衛(wèi)星、載人航天器信息回傳時效性、在軌運行安全性和任務(wù)實施靈活性發(fā)揮重要作用。

一句話：大大加強了我國中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的通信水平。

可能對于普通人而言舉個例子更加直接：以后大家可以實時關(guān)注天宮空間站上發(fā)生的一切，如果中國航天員們愿意，一直給大家開著直播求點贊都是可行的。

不要低估背后“天鏈一號”和“天鏈二號”技術(shù)的力量，現(xiàn)在能做到太空直播的，除了美國，就是中國。能做到的國家少，就是因為這個技術(shù)很難。