中继卫星——卫星的卫星
北京空间信息中继传输技术研究中心
卓 为 崔 震
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在执行天宫二号与神舟十一号载人飞行任务中，有这样一种卫星，它能保证24小时与天宫二号、神舟十一号随时建立联系，有力支持天宫二号入轨变轨、在轨测试、运行管理，以及天宫神舟对接、撤离和组合体飞行、航天员中期驻留、天地双向视频通话等各项任务，它就是有“卫星的卫星”之称的天链卫星，学名又叫跟踪与数据中继卫星，它和地面应用系统、中继终端等组成跟踪与数据中继卫星系统。
中继卫星是转发地球站对中、低轨道航天器跟踪、测控信息和转发航天器发回地面信息的通信卫星。地面测控站高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使其在跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制。中继卫星相当于把地面上的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器，两颗卫星组网就能基本上覆盖整个中、低轨道空域。
中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，以较低的成本和较少的地面站解决原来全球布站的地面测控网也无法提供的高用户覆盖率，极大提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警时间，主要用途有：跟踪、测定中、低轨道卫星；为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据；承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务等。中继卫星集跟踪、测控、数据中继等多种功能为一体，是空间信息传输的枢纽和高效的天基测控设施，具有高速率、高动态、高覆盖特点，用户主要为卫星、飞船等高速运动目标。
我国从20世纪70年代开始进行中继卫星的概念研究，90年代有关技术论证获得成功。2008年4月，“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、欧洲和日本之后第五个拥有中继卫星的国家，实现了我国航天测控由陆海基向天基的跨越。2011年7月、2012年7月，先后成功发射“天链一号02星、03星”并与01星组网运行，我国成为继美国之后实现中继卫星系统三星组网、全球覆盖的国家，航天测控覆盖率提升到近100%，从此我国正式建成比较完备的第一代中继卫星系统。
美国中继卫星系统也称为天基网，是美国航空航天局（NASA)三大测控网之一，主要为美国低轨军民用卫星、国际空间站、科研飞机与气球、运载火箭等用户提供测控信息和业务数据中继。截至2014年底，美国已发射3代共11颗中继卫星，在轨服役9颗。
饿罗斯中继卫星系统于20世纪80年代开始建设，到1999年第一代5颗卫星全部退役。第二代中继卫星系统3颗卫星于2011-2014年相继发射，组成星座提供全球覆盖，在国际空间站与地面飞行控制中心之间提供电视和数据通信。
欧洲航天局于2001年发射第一代数据中继卫星，2003年投入使用，2010年达到寿命期。为了实现欧洲独立战略，2008年开始提出兴建“欧洲数据中继卫星”系统，经过几年的发展演变，最终确定于2017年前发射两颗中继卫星，每颗卫星寿命15年。
日本于2002年发射中继卫星试验星，目前仍在运行。随着日本对地观测卫星高精度化的发展，数据传输需求激增。2008年，启动了下一代中继卫星通信终端的研制。2011年，日本宇航局提出两个下一代数据中继系统方案。2014年，日本宣布计划于2019年发射“光数据中继卫星”，采用光通信与射频通信相结合的方案。
作 者 | 卓 为 崔 震
来 源 | 解放军报社战略支援部队分社
监 制 | 邹维荣
责任编辑 | 韩阜业
本期编辑 | 张建想
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