天链中继卫星系统
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中继卫星中继卫星被誉为“卫星的卫星”,是半个多世纪以来随着人类探索、开发和利用空间活动的不断深入逐步发展起来的新型空间信息传输系统,其主要功能是进行天基测控和空天数据中继,相当于把地面测控站搬到了距地面36000公里的地球同步轨道上,可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。
作为在太空中运行的数据“中转站”,中继卫星能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传,极大提升各类卫星使用效益和应急能力。
中国第三颗地球同步轨道数据中继卫星“天链一号03星”2012年7月25日夜间在西昌卫星发射中心成功发射。
经过一段时间在轨验证和系统联调后,“天链一号03星”将与2008年发射的01星、2011年发射的02星实现全球组网运行,中国将由此正式建成第一代中继卫星系统。
现有的中继卫星美国6颗1983年4月4日发射了第一颗跟踪与数据中继卫星TDRS-1,开创了天基测控新时代;1993年1月,第6颗跟踪与数据中继卫星(TDRS-6 )发射后,该系统具有了在轨运行和轨道备份能力,这才真正完成其组网过程。
1995年7月13日发射了第7颗TDRS卫星作为应急备用星,结束了长达10余年的第一代跟踪与数据中继卫星系统的建设工作。
美国之所以如此坚持不解地努力发展这一系统,重要原因就是它是一种作用很大的卫星。
由于发射失败和卫星本身故障,直到1991年发射第5颗卫星(TDRS-5)时,只能保持一颗完好的卫星在轨,虽然其间也曾有过2颗上作卫星在轨的情况,但没有足够的轨道备份。
尽管如此,这种卫星系统已发挥了很大作用,它曾为12种以上的各种中、低轨道航天器提供跟踪与数据中继业务。
其中包括著名的哈勃望远镜。
如今,关国正在研制下一代的高级跟踪与数据中继卫星系统(A TDRSS)新一代跟踪数据中继卫星计划再发射3颗卫星,称为TDRS-H, I, J.其中TDRS-H和I已于2000年6月和2002年9月发射升空。
TDRS-H处于部分工作状态,TDRS-I处于校验状态。
航空航天的成就1、天宫空间站:中国正式进入空间站时代。
天宫一号是中国第一个目标飞行器,它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。
2、蟐娥探月工程:中国探月工作。
嫦娥一号是我国首颗绕月人造卫星。
嫦娥二号卫星,是中国第二颗探月卫星、第二颗人造太阳系小行星,也是中国探月工程二期的技术先导星。
3、神舟五号:中国首次载人航天飞行。
不仅实现了中华民族千年飞天的愿望,也标志着中国成为全球第三个独立掌握载人航天技术的国家。
4、天问一号:中国进行火星探测时代。
标志着我国正式成为世界上第二个独立掌握火星着陆巡视探测技术的国家。
5、羲和号:中国进入探日时代。
是中国第一颗用于探测记录太阳数据的卫星,它的升空,实现了中国对太阳探测零的突破,标志着中国太近探测正式进入探日时代。
6、长征系列运载火箭:中国航天的强大后盾。
作为中国自主克制的航天运载工具,支撑了北斗导航、载人航天工程、月球探测工程等为代表的的国家重大工程的成功实施,其技术水平已达到国际先进水平。
7、天链卫星:世界依靠的中国自主中继系统。
标志着中国圆满结束了第一代数据系列中继卫星发射过程,也标志着中国成为世界第二个具有全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。
8、神舟十二号:中国空间站首次载人飞行。
中国人首次进入自己的空间站,是中国空间站完成首次载人飞行任务。
9、东方红一号:中国发射的首颗人造地球卫星。
东方红发射成功是中国航天发展里程碑事件,标志着中国成为世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。
神舟一号:中国发射的第一艘载人航天实验飞船。
标志着中国航天事业迈出重要步伐,对突破载人航天技术有重要意义,中国由此成为继美、俄之后世界上第三个拥有载人航天技术的国家。
中继星的作用范文中继星(Relay Satellite)是一种位于地球轨道上的人造卫星,其主要作用是中继和传输信号、数据和通信。
中继星充当一个传递器,将来自发射站的信号接收后再转播给目标接收站,以便实现远距离通信和数据传输。
它们在宇航领域中起到了非常重要的作用,尤其是在远距离通信、精确定位和科学探索方面。
首先,中继星在远距离通信中发挥着关键作用。
地球表面通信的范围通常受限于地平线的视距,因为无线信号无法穿过地球大气层或山脉等阻碍物。
通过将中继星放置在地球轨道上,可以利用其高高度、固定位置和广覆盖范围的特点,实现全球范围内的通信。
发射站可以将信号发送到中继星,中继星再将信号转发给目标接收站,从而连接起两个远距离的地点。
这种长距离通信对于国际航空航天领域、国际贸易和航海等行业至关重要。
其次,中继星可以用于实现精确定位。
通过使用多颗中继星进行三角定位,可以准确地测量和确定一个地点的位置。
地球轨道上的中继星可以接收来自卫星导航系统(如GPS,GLONASS和Galileo)的信号,再将这些信号转发给目标接收器。
目标接收器可以通过分析来自不同中继星的信号,计算出自己的位置坐标。
精确定位对于航空航天导航、交通管理、地质勘探和环境监测等应用领域至关重要。
此外,中继星还可用于科学探索。
航天器常常被用于探索外太空和其他行星,然而,由于地球和远距离天体之间的巨大距离,直接与航天器进行通信非常困难。
中继星可以作为一个重要的桥梁,接收宇宙航天器传回的数据信号,然后传输到地球上的控制和研究站点。
这样,科学家和研究人员可以实时获得探测器的数据和图像,进一步研究和分析宇宙中的奥秘。
除了以上的应用领域,中继星还可以用于天气预报、卫星电视、军事通信、互联网覆盖等方面。
其中,天气预报中继星可以收集来自各个地方的气象数据,并将其传送给气象站,以获得准确的天气预测。
卫星电视方面,中继星起到了信号传输的作用,将卫星电视台在卫星上的信号进行转发,使电视观众能够接收到来自全球各地的电视节目。
2021年中国卫星应用若干重大进展文 | 《卫星应用》编辑部2021年是“十四五”的开局之年,国家开启全面建设社会主义现代化国家新征程,新一轮科技革命和产业革命蓬勃展开,中国航天迎来发展新机遇。
太空资产是国家战略资产,用好太空资产,做强做大卫星应用产业,是建设航天强国、促进经济社会发展的重要支撑。
2021年,北斗系统规模应用深入推进,已服务于电力、金融等国家核心基础设施;高分专项紧密结合国家空间基础设施规划实施,推动遥感卫星高质量应用;卫星通信应用走深走实,卫星互联网产业发展提速。
2021年,多项卫星应用产业政策发布,卫星应用取得若干重大进展。
一、产业政策密集出台,卫星应用产业化进程加速2021年,国家机关及地方政府颁布多项相关政策,培育和壮大卫星应用产业规模,促进卫星应用持续稳定健康发展。
1.国家机关颁布的卫星应用相关政策2月,中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》,提出推动卫星通信技术、新一代通信技术、高分遥感卫星、人工智能等行业应用,打造全覆盖、可替代、保安全的行业北斗高精度基础服务网,推动行业北斗终端规模化应用。
3月,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》发布,提出深化北斗系统推广应用,为北斗产业化、规模化、国际化发展指明了新方向。
5月,国防科工局、中央军委装备发展部发布《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》,规范微小卫星科研生产、发射申报、安全管理等方面的相关活动。
6月,国家航天局发布《“十四五”及未来一个时期发展重点规划》,指出将重点推进包括国家卫星互联网在内的重大工程,明确指出要不断增强卫星应用服务能力,支撑经济社会发展。
“十四五”时期,将继续提升卫星对地观测、通信广播和导航定位的服务能力。
在服务治理能力提升方面,围绕平安中国、美丽中国和数字中国建设需求,将加强卫星数据产品与服务在资源环境与生态保护、防灾减灾与应急响应、社会管理与公共服务、城镇化建设与区域协调发展等行业领域深度应用。
中国将迎来天基测控时代在此次神舟七号载人飞船载人航天飞行任务中,有一个重要任务,就是神舟七号载人飞船将安装中继终端进行在轨试验,通过传输飞船与任务中心之间的遥测、遥控、下行图像及双向话音数据及对飞船测定轨,验证中继卫星系统的性能及其与飞船、任务中心之间的协调性,为后续载人航天任务使用中继卫星系统奠定基础。
“这是我国首颗中继卫星——天链一号01星于今年4月25日成功发射升空之后的首次应用。
”中继卫星控制管理中心主任侯鹰在接受记者采访时透露,这次搭载试验能大大提高我国中低轨道航天器的测控覆盖能力。
侯鹰同时表示,中国也将筹建自己的天基测控系统。
届时,中国将可以从地基测控时代转入天基测控时代。
发展中继卫星系统是国际趋势中继卫星系统是半个多世纪以来,在航天工程需求的牵引和电子信息技术进步的推动下,逐步发展起来的一种新的航天测控系统,是增强空间信息传输能力、提高航天测控快速反应能力的重要手段。
“目前,美国、俄罗斯、日本和欧空局都相继发展了各自的中继卫星系统,依靠该系统建成了航天测控天基网,并已广泛应用于多个领域,实现了对多目标高覆盖率的跟踪、测控与数据中继。
”侯鹰介绍。
1964年,美国航天测控专家M.Malcolm提出利用地球同步卫星转发功能进行测控的新概念。
经过多年研究、研制和试验,1983年4月4日,美国终于发射了世界上第一颗跟踪与数据中继卫星,开创了天基测控新时代。
苏联紧跟其后,从1985年开始发射了多颗波束号地球同步轨道中继卫星。
截至目前,美国发射的民用和军用中继卫星已经达到20多颗,并组网运行,它们已成为美国航天测控和空间大容量高速数据传输的主要手段。
俄罗斯的中继卫星系统也已组网运行,现正在发展后续系统。
欧空局和日本已经成功应用了自己的中继卫星系统,并以其新思路和新技术途径,大有后来居上之趋势。
各国之所以如此坚持不懈地努力发展中继卫星系统,重要的原因就是它的作用强大,有很多应用需求。
侯鹰举例说,美国中继卫星系统的第一个最大用户就是航天飞机,在仅有一颗中继卫星时,就已对16次航天飞机飞行提供了97.4%利用率,特别是1983年11月执行第九次航天飞机飞行时,宇航员第一次享受到同地面几乎是连续不断的通信,在执行任务的10天中,通过中继卫星系统传输的数据比1973年美国天空实验室运行24周送回的数据多50倍,通过天地通信链路获得的数据比美国以往39次载人飞行的总和还要多。
【小升初】2023-2024学年部编版北京市海淀区六年级下册期末语文质量检测试卷一、选择并填写,完成问题。
1.(3分)精妙文段阅读,完成问题。
我们家的大门内也有两盆,一盆红色的,一盆白色的。
我小的时候,天天都要从这下面走出走进。
红色的花朵让我想到火,白色的花朵让我想到雪。
火与雪是没有相rónɡ的;但是这两盆花却融qià地开在一起,宛如火上有雪,或雪上有火。
我故而乐之,小小的心灵里觉得十分奇妙,十分有趣。
——选自季羡林散文《夹竹桃》(1)下面词语中,加点字读音都正确的一项是。
A.觉.得jué故而乐.之yuèB.觉得jiào故而乐之lèC.觉得jué故而乐之lèD.觉得jiào故而乐之yuè(2)文段中拼音所写的汉字,全部正确的一项是。
A.相荣融洽B.相容融洽C.相荣融恰D.相容融恰(3)下面词语中的“开”,与文段中“开在一起”的“开”意思相同的一项是。
A.开花结果B.开天劈地C.开源节流D.开动脑筋(4)文段中的“宛”字,第七笔正确的一项是。
A.乚B.C.丿D.(5)文段中,“宛如火上有雪,或雪上有火”一句使用修辞手确的一项是。
A.拟人B.顶针C.比喻D.排比(6)五一长假,李新全家和爷爷奶奶回到故乡,她看到爷爷老宅子的柱子上有一副有关“夹竹桃”对联,当时大致记了下来。
可是回来后又忘了,她对其中两个词的上下位置产生怀疑。
请你帮她选择恰当的字填在括号里,填写顺序正确的一项是。
①颜色②声名没有负桃共竹全凭白兼红A.①②B.②①2.(3分)下面词语中加点字读音有错误的一项是()A.间.断(jiàn)何曾.(cénɡ)B.拨.弄(bō)剥削.(xuē)C.丑恶.(è)兴.旺(xìnɡ)D.处.境(chǔ)僻.静(pì)3.(3分)下面词语中有错别字的一项是()A.通霄浪漫B.倾覆侵袭C.严峻彻底D.真理灵感4.(3分)“我国航天发射中的有些技术,已经赶上并超过了世界先进水平。
科技常识—航天知识汇总一、运载火箭:“长征”系列“长征”指长征系列运载火箭,由我国从20世纪60年代开始自行研制的航天运载工具。
最为熟知的就是长征三号甲系列火箭,由长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙三种低温液体运载火箭组成。
我国目前探月工程多利用长三甲系列和长征五号,北斗卫星导航系统利用的也是长三甲系列火箭。
该系列是中国目前高轨道上发射次数最多、成功率最高的火箭系列,也称“金牌火箭”。
二、空间站:天宫“天宫”系列是我国的空间实验室项目。
“天宫一号”于2011年在酒泉卫星发射中心发射。
“天宫二号”于2016年在酒泉发射,同年与“神舟十一号”交会对接成功。
"天宫一号"是主要为实施空间交会对接试验提供目标飞行器,"天宫二号"承载的任务则更多,例如推进剂在轨补加、在轨维修技术试验等。
"天宫二号"内部含有小实验室以供航天员展开各种工作和试验,航天员在天宫二号上驻留时间更长,也是中国第一个真正意义上的空间实验室。
三、探月工程:嫦娥月球是地球唯一的天然卫星,由于其自转和公转同步进行,人类在地球上看到的月球永远是同一个半个月亮,对于月球的背面我们知之甚少。
“嫦娥”是我国探月卫星的名字,主要任务是全方位探测月球、用于获取月球表面影像、用于科学分析月球。
2004年,我国研制出绕月探测卫星“嫦娥一号”,正式开展月球探测工程。
2019年1月3日,“嫦娥四号”首次全人类实现月球背面软着陆。
四、月球车:玉兔五、航天飞船:神舟如果没有往返的交通工具,航天员是无法进入到空间站内工作和生活。
宇宙航天飞船就是载人往返的唯一运输工具。
“神舟”系列飞船是我国自主研制,具有完全自主知识产权从地球发射并可在宇宙空间航行的飞行器。
2003 年我国发射了首艘载人飞船“神舟五号”,证明了我国自主研制的宇宙飞船具备了载人航天飞行的条件,杨利伟成为我国进入太空的第一位航天员。
2008年“神舟七号”发射成功,翟志刚成为是第一位出舱活动的中国人。
中国航天最新成就有哪些随着2022年到来,过去一年中国航天都干了些什么?又有哪些成果?中国航天最新成就有哪些?今天小编整理了中国航天最新成就大全供大家参考,一起来看看吧!中国航天最新成就2021年,中国航天又迎来了突飞猛进的一年,在载人航天、火星探测与月球探测等领域均取得了重大成就。
今天我们就来“盘一盘”这一年以来中国航天取得的十大成就吧。
1、天上有“宫阙”:中国正式进入空间站时代2021年4月29日,中国空间站天和核心舱成功发射升空。
随后,它先后与天舟二号和三号货运飞船、神舟十二号和十三号载人飞船对接,共计6名航天员先后入驻,标志着中国航天正式进入空间站时代。
按照预定计划,天宫空间站还会在2022年迎来两个实验舱和数次天舟/神舟对接任务,从而完成全部建设。
遥想1992年9月21日,中国载人航天工程方才正式起步。
29年的不懈探索,让“长征”、“神舟”、“天舟”和“天宫”等一系列浪漫的名字逐渐变成现实。
如今,中国终于要拥有自己的“天上宫阙”,“天神”航天员们自由天地往返,让中华文明古老的飞天神话从梦想照进现实!2、天上有“神仙”:空间站应用达到新高度建设空间站是人类载人航天技术发展到一定程度后才出现的里程碑事件,是人类工业文明的巅峰之作。
它能促进航天、甚至很多相关制造业的发展,是任何一个航天大国技术发展的必经之路。
天宫空间站,不仅工程意义显著,对于提升我国整体科学技术水平有着重要意义。
相比较此前载人航天任务主要为实现技术的逐个突破,天宫空间站则到了技术投资“大丰收”的阶段,更强调科学探索与实际应用价值,打造我国探入宇宙的“太空实验室”。
因此,天宫运行第一年也见证了我国载人航天和科学应用事业的突飞猛进。
例如,天宫空间站的航天员们已经实现了四次高难度的出舱行走,每次持续时间6-8小时,远长于2008年神舟七号实现的20分钟出舱行走突破。
并且王亚平也迈出了中国女性进入太空的“第一步”。
目前,翟志刚、王亚平和叶光富正驻留太空,他们预计工作约六个月时间,必将打破中国航天员最长滞空纪录。
天链卫星系统的原理和应用一、引言天链卫星系统是由中国国家航天局于2018年启动的一项卫星通信网络项目。
该系统以低地球轨道卫星网络为基础,利用卫星间的数据中继,实现了全球范围内的通信覆盖。
本文将介绍天链卫星系统的原理和应用。
二、原理天链卫星系统的原理是基于低地球轨道卫星网络,通过卫星与地面站之间的高速数据通信,实现卫星间的数据传输和中继。
其具体原理如下:1.低地球轨道卫星天链卫星系统采用低地球轨道卫星(LEO)网络,这些卫星通常位于地球距离约500-2000公里的轨道上。
相比于传统的地球同步卫星,低地球轨道卫星具有较低的轨道高度、较短的轨道周期和较短的信号传播延迟。
2.卫星间数据中继天链卫星系统中的卫星通过空间通信技术进行数据传输和中继。
当卫星收到来自地面站或其他卫星的数据时,会将数据存储在卫星存储器中,并通过卫星之间的高速链路进行传递。
这种数据中继的方式保证了全球范围内的通信覆盖。
3.空间和地面端一体化天链卫星系统采用空间和地面端一体化的架构,即卫星网络和地面站网络之间通过高速数据链路相连,实现卫星与地面的无缝衔接。
这种架构能够提高系统的稳定性和可靠性。
三、应用天链卫星系统具有广泛的应用领域,以下列举了其中一些主要应用:1.互联网接入天链卫星系统可以为偏远地区和海洋提供互联网接入服务。
通过与传统的地面互联网网络相结合,天链卫星系统能够覆盖那些传统网络无法覆盖的地区,为用户提供高速、稳定的互联网接入服务。
2.物联网应用天链卫星系统为物联网应用提供了全球范围内的数据传输和通信支持。
利用天链卫星系统,物联网设备可以实现远程监测、数据传输和控制。
例如,农业领域的气象传感器可以通过天链卫星系统将数据传输到农田管理中心,以实现精确的农田管理。
3.紧急救援和灾害响应天链卫星系统在紧急救援和灾害响应方面具有重要作用。
当地面通信网络受到破坏或不可用时,天链卫星系统可以提供通信中继服务,帮助救援人员进行沟通和协调。
关于神舟十四号成功发射的简要笔记神舟十四号,简称“神十四”,为中国载人航天工程发射的第十四艘飞船。
是中国空间站建造阶段第二次飞行任务,也是该阶段首次载人飞行任务,航天员乘组将在轨工作生活6个月。
2022年6月4日,据中国载人航天工程办公室消息,神舟十四号瞄准6月5日10时44分发射。
经空间站阶段飞行任务总指挥部研究决定,陈冬、刘洋、蔡旭哲3名航天员将执行神舟十四号载人飞行任务,由陈冬担任指令长。
北京时间2022年6月5日10时44分,据中国载人航天工程办公室消息,搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,约577秒后,神舟十四号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。
北京时间2022年6月5日17时42分,成功对接于天和核心舱径向端口,整个对接过程历时约7小时。
北京时间2022年6月5日20时50分,航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲依次进入天和核心舱。
北京时间2022年6月6日11时9分,神舟十四号航天员乘组成功开启天舟四号货物舱门,在完成环境检测等准备工作后,于12时19分顺利进入天舟四号货运飞船。
神舟十四号飞船由14个分系统构成,其中包括结构与机构、热控、测控、仪表与照明、环控生保等分系统。
中继终端神舟十四号飞船的中继终端是地面对飞船进行测控和通信的重要设备。
当神舟十四号飞船进入预定轨道后,飞船中继终端便开始工作,完成对天链中继卫星的捕获跟踪,建立从飞船到天链中继卫星再到地面的通信链路,确保地面的测试人员实时掌握飞船的飞行状态。
通过中继终端与天链中继卫星建立的天基测控通信系统,可将地面对神舟十四号飞船的测控覆盖率提高到90%以上。
天线网络神舟十四号飞船上的天线网络虽然“身板小”,但却是飞船天线信号的枢纽。
如果将飞船的天线信号通路系统比作铁路运输系统的话,那么一路路的信号就是火车,天线网络更像是火车轨道和火车站调换轨道的道扳,飞船上10余副天线的信号接收和发送都是通过天线网络来为其提供信号通路的。
中继卫星鹊桥应用的原理概述中继卫星鹊桥是一种基于卫星通信技术的通信应用,它利用中继卫星作为信号传输的中介,实现了远距离的通信。
本文将介绍中继卫星鹊桥应用的基本原理及其工作过程。
原理中继卫星鹊桥应用的原理基于以下几个关键技术:1.卫星通信技术:中继卫星是一种位于地球轨道上的人造卫星,它具有高度稳定的轨道和天线系统。
通过利用卫星间的通信链路,可实现地面通信站之间的信息传输。
2.天线技术:中继卫星鹊桥应用中的地面通信站需要配备天线系统,以实现与卫星之间的信号传输。
天线系统通常包括发送天线和接收天线,同时也需要优化天线方向和天线增益,以保证通信的质量。
3.数字通信技术:中继卫星鹊桥应用中,数据信号会通过数字化处理,以提高传输效率和信号质量。
数字通信技术包括信号编码、调制解调等过程,以及差错控制和流量控制等机制。
4.地面网络技术:中继卫星鹊桥应用往往需要与地面网络进行连接,并将传输的数据进一步传送到目标设备。
地面网络技术包括网络协议、路由器、交换机等设备,以及连接地面通信站和目标设备的传输介质。
工作过程中继卫星鹊桥应用的工作过程可以分为以下几个步骤:1.地面站发送信号:地面站首先将要发送的信号通过发送天线传输给中继卫星。
2.卫星信道传输:中继卫星接收到地面站发送的信号后,通过卫星信道将信号传输给目标地面站。
3.目标地面站接收信号:目标地面站利用接收天线接收到卫星传输的信号。
4.数据处理和应用:目标地面站收到信号后,进行数据处理和应用逻辑操作,以实现特定的通信功能。
5.数据回传:如果需要将数据回传给其他地面站或者中继卫星,目标地面站将处理后的数据通过发送天线传输给中继卫星。
6.数据传输到其他地面站:中继卫星将目标地面站回传的数据通过卫星信道传输给其他地面站,完成数据的传输过程。
应用场景中继卫星鹊桥应用广泛应用于以下领域:•电信通信:中继卫星鹊桥应用可以实现不同地区之间的通信,特别适用于偏远地区的通信需求。
•军事通信:中继卫星鹊桥应用可以提供军事通信的保密性和稳定性,满足军方的通信需求。
天宫看电视?从中国“天链”浅析中继卫星系统原理及应用
2016年10月21日晚上,中央电视台《新闻联播》首次在太空播出,景海鹏、陈冬两名航天员在天宫二号实验舱内,首次天地同步收看到了《新闻联播》节目。
除了同步收看《新闻联播》,据称航天员还可以与地面人员进行实时的视频通话。
这看似是很简单的一项任务,但实际上这需要强大的航天测控能力在背后进行支持,特别是全球数据中继卫星的支持。
一、航天测控催生中继卫星
从1957年人类发射第一颗人造卫星开始,航天测控成为一项非常重要的技术。
航天测控是人类拽紧卫星这只风筝的线,人们都想牢牢地把卫星拽在手上,监控它的状态,和它进行通信。
在冷战期间,美苏两个超级大国凭借强大的经济、政治、外交实力在全球多个地区建立了地面测控站,造了无数测控船和飞机。
然而,除非地球上密密麻麻遍布地球测控站,否则时时刻刻与卫星保持通信是不可能的。
人们想,既然同步卫星可以实现几乎全球覆盖的通信,那么让同步卫星作为中继器,担负中低轨卫星的传话筒,问题即可迎刃而解。
这样的卫星叫做跟踪与数据中继卫星,即用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的消息的地球静止通信卫星。
它能够实现对中低轨航天器85%~100%的轨道覆盖。
这样的卫星系统就称为跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System),简称TDRSS。
美国是最早实现TDRSS的国家。
其第一代系统由6颗卫星组成,可以实现20个用户的多址业务,S波段多址前向链路最大数据率可以达到10kb/s,单址数据率可以达到6Mb/s。
第二代系统的单址数据率提高了30倍。
前苏联也发射了它们的TDRSS,用于礼炮空间站和地面控制站的数据交换。
欧空局和日本也发射了TDRSS卫星。
二、中国智慧打造中国天链
2003年,中国人首次实现了载人航天。
然而,那时我国的中继卫星系统尚未建立,神舟飞船只能在进入地面测控站测控弧段时才能进行天地沟通。
而由于政治和外交因素,我们国家的地面测控站数量有限,几乎全部分布在国内和仅有的三艘海上测控船,而国外测控站只有两个,分别位于肯尼亚马林迪和巴基斯坦的卡拉奇,覆盖范围非常有限。
而这一局面在2012年7月25日得以终结。
随着长三丙火箭将“天链一号03星”顺利送入轨道,中国的“天链”中继卫星系统全面建成,实现全轨道覆盖。
于是,在2013年的“神十”任务中,我们看到了女航天员王亚平给全国小朋友视频直播科普课的画面上打上了“天链”的标志。
这一直播画面正是用“天链”回传到地面的。
从2003年工程正式立项,到2008年发射01号首星,2011年发射02号星,再到2012年03星发射实现轨道100%覆盖,我国的中继卫星系统从无到有,我国的航天测控范围从17%提高到近100%,我国成为继美国之后,第二个实现中继卫星全球组网的国家,实现了巨大的跨越。
中国首颗数据通信与中继试验卫星(CTRDS)以东方红-3号(DFH-3A)通信卫星作为发展平台,星间通信链路采用S/Ka双馈源抛物面天线,SSA(S波段单址)链路中继测控信号,星地高速数传采使用Ka频段。
卫星天线指向、星间链路的捕获和跟踪,采用星上自闭环跟踪兼有星地大回路捕获跟踪的方案。
三、中继卫星系统原理及技术难点
中继卫星系统,形象地说就是把地面测控站搬到天上,利用站得更高看得更远的原理,让中继卫星在据地面36000公里的地球同步轨道上运行,从而对大部分中低轨航天器进行通信覆盖。
中继卫星系统由位于地球同步轨道的中继卫星、地面系统和用户终端3部分组成。
“中继”的概念,就是传递地面应用系统和用户终端之间的信号,类似于“用手机转发短信”。
具体而言,中继卫星将地面系统发射的遥控指令等数据转发给用户终端(中低轨卫星),用户终端接收、解调遥控指令,并按照指令规定内容做出响应,同时返向传输其自身数据,中继卫星接收到这些信号后,再反馈给地面系统。
(1)系统构成
中继卫星系统由空间段、用户航天器、地面段构成。
空间段即配置于静止轨道上的中继卫星,实现数据转发功能。
地面段为地面测控终端站,起到遥测、跟踪信号、建立卫星与中继卫星星间链路、接收中继卫星转发信号的作用。
(2)系统链路
前向通信链路(FL)——地面站—中继卫星—用户星。
反向通信链路(RL)——用户星—中继卫星—地面站。
轨道间链路(IOL)——用户星-中继卫星。
中继卫星与地面传输用Ka波段,而用户星与中继卫星一般使用Ka波段进行高速数传、S波段进行测控。
(3)调制方式
就调制方式来说,目前主流的中继卫星采用的是BPSK或QPSK,信道编码采用RS编码或卷积码,LDPC码还处于实验阶段。
与不同通信卫星不同,中继卫星主要捕获跟踪在轨运行的高速动态目标,能使卫星获取的数据实时下传,因此星间动态捕获跟踪技术、高速数传技术、自动控制技术等技术成为中继卫星的主要技术难点。
(1)星间动态捕获跟踪技术
这是建立星间传输信道的首要条件,特别是由于高传输速率的要求,相关天线的波束很窄,如美国中继卫星单址天线(Ku/Ka频段)波束宽仅为0.28°,天线必须对高速运动的用户航天器进行捕获和跟踪,并且为了简化系统设计,用户航天器没有信标,只发送有用的数传信号,而这种信号随用户航天器的不同,具有不同的数据速率、调制方式、频带宽度。
另外,由于用户航天器资源的限制,其天线尺寸和发射功率都十分有限,这些都使中继卫星对用户航天器的捕获、跟踪显得特别困难。
星载相关硬件和软件相当复杂,角度误差信号的提取、处理等方面都具有多项关键技术。
目前美国中继卫星已达到0.06°的自动跟踪精度。
(2)高速数传技术
由于中继数传速率很高(如美国一、第二代中继卫星在无编码的情况,速率达300Mbit/s),转发器的带宽极宽,如美国为225MHz,其第二代中继卫星还有将两个225MHz的转发器重组形为一个650HMz的Ka频段转发器的能力,以获得更高的数传速率。
Ka频段的普通星载转发器本已是目前研制难度最大的了,再要求如此宽的频宽,无疑会对频率计划的设置、转发器带内杂波、幅频特性和通带之间的隔离等性能带来新的困难。
此外,高的数据率还要求高的EIRP和品质因数G/T。
这要求中继卫星的单
D ,这样的电尺寸是所有卫址天线有高增益,而高的增益需要极高的电尺寸/
星天线中最大的。
四、中继卫星系统应用与展望
中继卫星的应用,绝不是满足航天员看《新闻联播》的需求。
事实上,除了载人航天之外,它的其它应用也非常重要。
中继卫星系统的应用实践可以概括为:(1)为载人航天保驾护航
载人航天需要全程测控和数据回传,用以保证任务的安全、满足天地沟通、监控航天员身心状况。
(2)为遥感卫星提供实时数据中继服务
遥感卫星获得的数据可以通过中继卫星实时回传,使得地面能够及时掌握遥感卫星数据,便于实时作出必要决策。
这一服务特别是在防灾减灾等急难险重任务中显得尤为关键。
(3)为中低轨卫星提供测控服务
中低轨的卫星在非测控覆盖范围无法进行测控。
而对于航天器出现故障,抢救时机往往以秒计算。
中继卫星能够使得航天器故障及早发现、尽早解决。
(4)为航天发射提供测控支持
由于测控范围有限,航天发射很难做到全程覆盖,在飞行时段甚至会出现几百秒的无线传输盲区,人们无法得到火箭运行信息。
利用中继系统可以克服这一缺陷,获得火箭全飞行弧段的遥测数据。
(5)地面应急通信中继
由于中继卫星在同步轨道,覆盖地面范围广,且有着极高的EIRP和G/T值,使得在应急通信中对地面中断的要求低,显示出独特的优势。
(6)军事应用
敌国的一举一动,至少在中国周边的所有军事动向都将真正在我军掌控之中。
众所周知,美国的航空母舰一直在中国周边游荡,“天链一号01星”的升空定位可以及时测控及时定位跟踪美国的航空母舰。
让航空母舰变成一艘靶船,享受远程反舰导弹饱和攻击的特殊照顾。
在其它应用领域,中继卫星还存在潜在的应用可能,例如把中继服务对象由中低轨道扩充到高轨,甚至是延伸到月球至星际空间,也可以将中继卫星用作地面用户的高速数传。
目前,我国的天链系统作为我国第一代中继卫星系统,已经全面达到了设计指标。
之后我国一方面将继续开发第二代系统,提供更好的中继性能,令一方面将进一步拓宽适用范围,加装更多有效载荷。
同时,还在发展光通信中继卫星,利用激光通信提高信道带宽。
可以想见在不久的将来,一个更加完善、更智能的中继卫星系统网络将建成,为我国的航天事业作出新的贡献。
参考文献
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[2]于淼. 中国天基测控将进入“高速公路”时代[J]. 太空探索. 2012,9
[3]王家胜. 填补我国航天技术空白的中继卫星系统[J]. 国际太空. 2013,6。