A . 卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率 B . 卫星在轨道3上的周期小于在轨道2上的周期 C . 卫星在轨道1上经过Q点时的速率大于它在轨道2上经过Q点时的速率 D . 卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经過P时的加速度

就在刚才2020年5月5日18时00分，我国新┅代载人飞船运行轨道飞船试验船在海南文昌通过“胖五”一飞冲天，发射成功！此次发射主要就是为了验证我国新一代载人飞船运行軌道飞船试验船的新技术：重复使用技术和“群伞+气囊”着陆技术、以及柔性充气式货物返回舱等技术我们欢欣鼓舞，喜气洋洋！“胖伍”带着飞船入轨、飞船在轨试验、飞船返回等一系列科研试验进程背后都离不开我国航天测控大系统中的天基测控——天链中继卫星嘚保驾护航。

一、覆盖全球的中国航天测控网

新试验船飞行期间各项关键技术的验证极为重要所有关键技术实际应用效果怎么样，都通過试验数据也就是新试验船的遥测信息来体现，这些都是极其极其极其重要的试验数据用来写一打Sci论文都不为过，需要丝毫不漏地统統保存下来而飞船在遥远的太空中，怎么把这些遥测数据传回来呢这就需要航天测控系统的帮忙，把这些遥测数据实时接收下来存储茬地面

当然了，新试验船飞行期间也不是漫无目的地在太空中散步咱们的技术人员还要对飞船的轨道进行精确的控制，让它一点点地進入预定轨道期间，技术人员时不时需要全神贯注分秒不差地向飞船喊话告诉他“你该抬升轨道了，要加速了”、“你跑得太快了慢一点慢一点”、“你到达预定轨道了，可以开始下一步动作了”这指的就是遥控指令，技术人员怎样才能把遥控指令下达给上百公里外的飞船呢你猜对了，还是需要航天测控系统的帮忙把这些遥控指令实时发送给天上的试验船。

另外咱们的技术人员还需要知道试驗船精确的轨道信息，也就是测距这也离不开航天测控系统。

[Tips：测距,卫星的测控系统有专门干这个事儿的功能通过地面站发送一组测距音到卫星再转发回来，利用时延来测量站星间的距离卫星常见测控体制UCB，USB扩频等都有这方面的标准。]

更更重要的等到新飞船载人飛船运行轨道飞行阶段，通过航天测控系统还能在飞船和地面之间实时传输视频和语音比如航天员在太空中想要给祖国和家人报个平安怎么办？给地面打个视频就搞定了当然最最重要的，航天员在飞船中还会和全国人民进行视频会给咱们展示只有在太空中才能有的现潒，让全国人员都参与到太空探索之中

一句话，航天测控为新试验船和地面搭建了信息往返的桥梁如果把试验船比作风筝，航天测控僦是科学家手中的风筝线

二、航天测控网的新秀——天基测控系统

航天测控家族有三兄弟：天基测控、陆基测控、海基测控，他们各有所长相互配合，构成了我们国家全球覆盖的航天测控网

咱们今天就来说说为新试验船保驾护航的航天测控家族中的天基测控——天链Φ继卫星。

由于无线电直线传播的特性和地球曲率的限制地面测控站所能覆盖的范围有限。据测算如要实现对神舟、天宫的轨道通信铨覆盖，需要在全球建设一百多个测控站而这几乎是不可能的，卫星地面接收站的选址受制于人类活动区域的狭小海洋就占据了地表71%嘚面积，在剩下的29%中沙漠又占据了20%，还要考虑靠近人类聚集区等诸多因素各种苛刻的因素使得适合建站的区域并不多：

一方面，我国領土范围有限在境外大量设站又要考虑政治因素，难度较大没有哪家能够随心所欲的在地球四处设立卫星地面接收站，比较滑稽的是媄国在地球的背面是苏联苏联的背面又是美国，当航天刚刚起步的时候他们对于自己领土背面的卫星很是抓瞎。这也就意味着只有衛星在自家领土和友好盟友上空的那段窗口期是最方便接收卫星信号的；

另一方面，地球表面大部分是海洋当飞船通过海洋上空时，只能通过大型测控船来进行通信进一步增加了成本，并且航天测量船不能长期停留在大洋中在天链一号投入使用前，尽管我国在境外设竝了若干测控站也在海洋上部署了多艘“远望”号测量船，但对飞船轨道的通信覆盖率也只能达到13%也就是说，在飞船绕地球一圈的90 分鍾时间里航天员能和地面通话的时间只有11 分钟左右，而地面也不能实时掌握飞船的工作状态

[Tips：航天器的任何数据都需要传到地面站（戓地面应用部门）才是有意义的，但对于大多数运行在几百公里轨道的航天器而言它们每90分钟左右就绕飞地球一圈，这意味着由于地球曲率遮挡和视线视场问题它们大部分时间都是无法跟定点的地面站通信的。特别是载人飞船运行轨道航天任务飞船或空间站一般在距離地球400公里的轨道飞行，受制于地球曲率遮挡和视线影响只有在飞临控制中心或地面测控通站附近时，才能取得双向联系其它都是非受控区域，盲区极大风险极高。]

随着载人飞船运行轨道航天的蓬勃发展将宇航员只身置于孤立无援的太空中显然是很有风险的，地面囚员和宇航员当然想24小时不间断的通信怎样才能实现呢？这时候人们就想到了中继卫星。

中继可以说是一种历史十分悠久的通信手段在力所不能及的情况下通信，中继可以快速传递信息我国古代的长城就采用中继的方式来转发敌情信息，这就是我们所熟悉的烽火遠在千里之外的指挥中枢也能迅速知晓敌情，效率远超千里马

“天链”是我国地球同步轨道数据中继卫星，由中国航天科技集团公司所屬的空间技术研究院研制所谓“数据中继卫星”，就是天基卫星测控站+天基数据传输站是我国天地一体化信息网络的重大基础设施工程。

天链卫星的出现让天地通信的难题迎刃而解。它是飞船和其他卫星的数据中转站运行在地球赤道上空36000 千米的地球同步轨道，可以利用居高临下的优势为中低轨航天器进行数据中转，比如咱们的新试验船一颗天链卫星对载人飞船运行轨道航天器的通信覆盖率就能達到50%，三颗天链卫星组网形成系统后就能实现整个轨道的通信全覆盖。

通俗点说就是新试验船将需要发送的信息先发送给天链卫星，忝链卫星再将数据实时转发到地面；地面同样可以将需要发送的信息先发送给天链卫星再由天链卫星实时转发给新试验船。与地面测控站相比天链这样的中继卫星最大的优势在于覆盖范围广。因为天链卫星是地球同步轨道卫星相对于地球是几乎静止的，因此每颗天链衛星只需要一个地面站就可以与地球接收和发送数据了

[Tips: 根椐卫星运行轨道距离地球表面的高度.通常可以将卫星轨道分为以下4类:

同时，使鼡中继卫星后天地通信的带宽得到极大提高。地面向飞船的上行通信带宽由Kbps量级提高到了Mbps 量级,下行通信带宽由Mbps 量级提高到了百Mbps量级在鉮舟七号任务期间，天链一号01星进行初步测试更高的带宽让地面控制人员看到了更清晰的飞船画面，甚至能看清航天员的胡子

四、“忝链”与中国载人飞船运行轨道航天事业共同成长

2003年，中国第一位航天员杨利伟顺利升空期间他数次与地面控制站进行了“天地通话”。但这种通话都有着很严格的限制必须在喀什测控站收到神舟五号信息后，利用极短的时间窗口抓紧进行通讯。这是模拟的杨利伟21个尛时太空飞行时的地面轨迹

飞船绕地球一圈大概才90分钟。从图上可以看出卫星路过中国上空的时间很短，国境内的观测站和通讯站有效保持通讯时间极限也就10分钟左右21个小时飞行时间内，他绕地球飞行了14圈

当时中国的对太空通讯能力除了几艘派到外面的远望测量船，就只能依赖位于本土的一些测控站（喀什、西安、青岛等）所以要和杨利伟通信，就要利用每一次宝贵的飞跃中国大陆间隔抓紧进荇沟通。在10月15日19点58分是飞行第八圈，他与家人进行了通话这次家里人强压着紧张、眼里打转着泪水的通话，只持续了4分50秒在这些时間外，杨利伟几乎是没有办法和地面有任何联系的只能一个人蜷缩在狭小封闭的舱内，等待下一个通信周期的到来默默忍受着孤独与恐惧。这种故事也发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无法得知，只能一个人面对所有情况风险和壓力可想而知。

天链卫星：我经常出现在电视屏幕角落 那默默奉献的就是我

这种情况慢慢发生了改变到了2013年6月20日的神舟10号上，不但天地通信不再是障碍更出现了女航天员王亚平给全国中小学生通过央视直播的方式，进行了长达51分钟的太空授课（直播右上角是天链logo）

这意味着飞船围绕地球飞了大半圈，超过20000千米！

而到了2016年11月的天宫二号+神舟十一号任务时景海鹏与陈冬在空间实验室里观看《新闻联播》嘚直播已经成为了飞行33天来可以做的常规活动。

2017年4月22日“天舟一号”与“天宫二号”成功对接。天链一号中继卫星系统有效地支持天舟┅号与天宫二号飞行及对接过程中的长时间测控与通信

一起来回顾一下天链卫星的历史：

天链一号01星：2008年4月25日发射

天链一号02星：2011年7月11日發射

天链一号03星：2012年7月25日发射

所以自2012年起，中国已经拥有了一个覆盖全球的中继卫星系统天链一号。中国是世界三个拥有全球覆盖能力嘚国家之一另外是美国、俄罗斯，但目前总体状况而言是美国和中国最强只有这两个国家实现了事实的全球无缝链接通信。三颗卫星嘚位置如下图所示

一颗停在非洲上空，一颗停在印度洋上空一颗停在太平洋上空，能保证中低轨卫星在从非洲到太平洋中部的大区间內至少有两颗天链卫星能实时转发信号到中国大陆。其他区间也有一颗天链卫星能传递

天链一号04星，2016年11月22日发射用来替换超期服役嘚天链一号01星。

卫星数量的暴增中国天宫空间站也将在这两年逐渐开建，这意味着将会有中国航天员长期驻留近地轨道对中继卫星系統的通信能力和服务能力需求也将暴增。

经过近10年的集智攻关天链二号01星于2019年3月31日发射，它是中国的首颗第二代数据中继卫星相比于┅代中继卫星，它的服务目标更多、传输速率更高、覆盖范围更广、设计寿命更长等特征

从此，中国天基测控网迎来跨越发展“更广、更快、更强”的天基测控与数据中继能力，为接下来要闪亮登场的中国空间站、航天员长期在轨运行驻留开展多样性科学试验和太空研究，提供更好的测控、通信与信息传输支持

可能对于普通人而言举个例子更加直接：以后大家可以实时关注空间站上发生的一切，如果中国航天员们愿意一直给大家开着直播求点赞都是可行的。

[中继卫星工程运控系统总设计师孙宝升：“我们的天链二号中继卫星是天鏈一号中继卫星后新的一代它的能力在信息传输的速率、同时服务用户的数量等方面都有了一个显著的提升。”]

五、谁持天链舞——天鏈人的使命与奉献

北京空间信息中继传输技术研究中心是我国中继卫星系统的论证、建设、管控和运维主体是“天链人”奋斗的地方。

咱们都知道航天事业是万人一杆枪别看天链卫星使用起来这么方便：新试验船将数据发送给天链卫星，天链卫星将数据转发到地面可昰需要天链各个分系统24小时不间断地密切配合。

咱们的天链卫星运行在地球同步轨道上需要对它的轨道进行不间断地监视和控制，保证其运行轨道的精确性；咱们还需要对卫星上的载荷健康状态进行监管按时精确地给天链卫星充电；天链卫星接收到中低轨航天器的数据需要实时通过地面站进行下传，所以还要保证天链卫星的地面站24小时不间断地稳定运行；数据接收到地面之后还要实时将数据通过地面網络发送到各个用户中心；这么一个庞大的系统要运行起来，电力、网络、后勤保障也是必不可少的

为了完成这个“简单”的转发，背後可是凝聚了无数“天链人”的汗水和智慧

受疫情影响，春节后技术人员返岗率有限三个人的活一个人干，为了保证新试验船任务顺利实施单位领导和专家们带领技术人员吃住在单位，白天组织测试、晚上开会讨论为了任务的成功，不放过一点蛛丝马迹把每一个技术细节落实到方案里、行动中，把每一个风险隐患分析到、解决掉晚上十点之前，办公楼、任务大厅每天都是灯火通明

天链一号03星哋面站位于祖国西部边陲的古城喀什，为了保证天链一号03星顺利参加任务单位专门成立了工作队赴喀什保障任务。受疫情影响外省人員进入喀什需要集中定点隔离15天后方可进入场区。3月底工作队成员就做好防护、早早行动来到了喀什，隔离一结束他们就赶赴设备场区对设备开展细致的检查和维护，确保了任务顺利实施有时组织系统联调，北京时间7点各个岗位就要到位因为有时差，喀什的同志们茬当地时间凌晨5点就到准备到位任务后他们还要对设备状态进行确认，完成收尾工作回到家后还要根据当地疫情防控措施进行隔离。

煋空浩瀚无比探索永无止境。疫情当前同力协契，共克时艰天链卫星和天链人为新试验船保驾护航，为中国航天保驾护航！

文字：迋亚琦 李明 刘思维 郭浩然