中继卫星

   

   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，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。
　据新华社西昌4月26日电我国首颗数据中继卫星“天链一号01星”25日23时35分在西昌卫星发射中心成功发射。“天链一号01星”的发射成功，填补了我国卫星领域的又一空白。

踪与数据中继卫星：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信息的地球静止通信卫星。高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使地面测控站跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制。跟踪与数据中继卫星的作用，相当于把地面的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，可居高临下地观测到在近地空间内运行的大部分航天器。由适当配置的两颗卫星和一座地球站组网，可取代分布在世界各地的许多测控站，实现对中、低轨道航天器85％～100％的轨道覆盖。

（图1显示）高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使测控站跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制，跟踪和数据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、低轨道的空域。因此由两颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫星系统，可以取代配置在世界各地由许多测控站构成的航天测控网。跟踪和数据中继卫星的主要用途是：
　　① 跟踪、测定中、低轨道卫星：为了尽可能多地覆盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫星都采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪，通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移信息实现对这些卫星轨道的精确测定。
　　② 为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据：气象、海洋、测地和资源等对地观测卫星在飞经未设地球站的上空时,把遥感、遥测信息暂时存贮在记录器里,而在飞经地球站时再转发。这种跟踪和数据中继卫星能实时地把大量的遥感和遥测数据转发回地面。
　　③ 承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务：地面上的航天测控网（见航天测控和数据采集网）平均仅能覆盖15％的近地轨道，航天员与地面上的航天控制中心直接通话和实时传输数据的时间有限。两颗适当配置的跟踪和数据中继卫星能使航天飞机和载人飞船在全部飞行的85％时间内保持与地面联系。
　　④ 满足军事特殊需要：以往各类军用的通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制中心，常须通过一系列地球站和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输。跟踪和数据中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖，而自成一独立的专用系统，更有效地为军事服务。
　　1983年4月,美国从“挑战者”号航天飞机上发射了第一颗跟踪和数据中继卫星(TDRS)（图2 ），它是现代最大的通信卫星，也是首次在一颗卫星上同时采用S、C和 Ku3个频段的通信卫星。卫星重2吨多，太阳电池翼伸开后,翼展达17.4米，横向跨度为13米。卫星工作10年后，太阳电池阵仍可提供1850瓦功率。星体采用三轴姿态控制稳定方式（见航天器姿态控制）。卫星上装有 7副不同类型的天线。两副直径 4.9米抛物面天线在卫星发射过程中收拢成筒状，入轨后通过机械螺杆控制撑开呈伞形，每个天线有两副馈源,分别用于S和Ku频段的跟踪和数据中继。一副直径为 2米的抛物面天线用于对卫星通信地球站的Ku频段双向通信。这3副天线均装在精密的万向架上,由地面指令控制，能自动跟踪其他航天器，指向精度达0.06°。星体中部是30个螺旋组成的 S频段相控阵天线，用作多址通信。还有一副直径1.12米的Ku频段抛物面天线和一副C频段铲形天线，用于美国国内通信。Ku、S频段转发器能提供的通信容量有20个S频段多址信道,2个S频段单址信道和2个Ku频段单址信道。此外，12个C频段转发器可传输电话、电视和数据等。  

     跟踪与数据中继卫星系统(Tracking  and  Dada  Relay
Satellite System，简称TDRSS，是为中、低轨道的航天器与航天器之
间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系
统，简称中继系统。
    跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是20世纪航天测控通信技术的重
大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率
问题，同时一还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有
很高的经济效益。TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化
，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。
现在,美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段,
正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路
和技术途径。我国正在积极推进研究跟踪与数据卫星系统。
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
(ATDRSS)新一代跟踪与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。
目前,美国TDRSS系统的空间部分由地球同步轨道上的6颗在轨中继星组
成,即TDRS-F1、F3、F4、F5、F6、F7(TDRS-F2发射失败)。另外,还有
ATDRSS系统的TDRS-H、I。

前苏联/俄罗斯：
4颗以上
即2颗以上军用，2颗民用
前苏联/俄罗斯已拥有多个军用和民用数据中继卫星系统。
    军用系统又称为保密的数据中继系统，1982年5月发射首颗，1986
，1989年又相继发射两颗，都定点于西经14度。可见这种系统至少有2
颗卫星同时在轨服务。
    民用系统又称为“射线”系统，也称为保密的数据中继系统分为东部、中部和西部3个独立的网络。从1985年至今已发展了两代“射线”中继星，其空-地段采用Ku波段，空一空段采用UHF波段。直至1993年3月，正常运行的只有2颗卫星构成的两个网络：即“宇宙”1897卫星服务的中部网和“宇宙”2054卫星服务的西部网。
    前苏联的数据中继卫星同其它类型的卫星一样，寿命较短，因此何
2-3年至少要发射一颗。

欧盟：
2颗
    欧洲航天局于1989年决定发展数据中继卫星，期间有过一些停顿，
到1993年欧州空间局才决定恢复DRS计划。1999年发射第一颗，2003年
发射第二颗。

日本：
2颗
    日木宇宙开发事业团对日本的数据中继和跟踪卫星DRTS进行了规划
，并于1993年确定了4步走的发展策略：
    (1)1995年利用工程试验卫星(ETS)6进行试验;
    (2)1997年利用通信工程试验卫星COMETS进行试验;
    (3)1998年利用光学轨道间通信工程试验卫星OICETS进行试验;
    (4)2000年发射2颗实用型数据中继和跟踪卫星。
    DRTS系统的目的在于为日本空间活动，如地球观测和国际空间站计
划，建立通信基础设施。

中国
1颗
    据新华社西昌4月26日电我国首颗数据中继卫星“天链一号01星”
于2008年4月25日23时35分在西昌卫星发射中心成功发射。“天链一号
01星”的发射成功，填补了我国卫星领域的又一空白。
   
    我国从上世纪80年代初期就开始跟踪TDRSS这一新技术，并在“九
五”期间开展了一系列的预研工作，到目前为止已取得了一定的成果。
    我国跟踪与数据中继卫星系统的发展大致分两步走。第一步：先建
立单星系统，使其最大返向数传速率达几百兆，对用户航天器的轨道覆
盖率达50%以上；第二步：采用大型卫星平台建立双星系统，通过2颗星
使对用户航天器的轨道覆盖率达到85%.