中继卫星搭建天基网

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  中继卫星搭建天基网
  
  在成功与“天宫一号”实施两次交会对接以后,11月17日晚,“神舟八号”安全返回,标志着“神舟八号”与“天宫一号”的交会对接实验画上了句号。
  但是对很多在电视机前清晰看到对接过程的亿万观众而言,很多人的心中依旧充满了疑惑:在距地球340多公里高空的交会对接,整个过程他们为何会看得清清楚楚呢?
  清晰观看神八对接归功于中继卫星
  其实这个疑惑在2008年就已出现。当年9月,在“神州七号”上天时,通过中央电视台,全国亿万观众全程直击了航天员翟志刚身穿国产航天服走出舱门、太空行走、返回轨道舱的全过程。
  这种全面清晰的信号传输是如何实现的?原来,配备在飞船船体和伴飞卫星上的摄像镜头,记录了航天员的每一个动作,并通过中继卫星将视频信号传输到电视台,观众便可以看到清晰的图像。
  此前的2008年4月25日,我国首颗中继卫星“天链一号”01星,在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭成功发射升空,让我国成为了世界上继美国、俄罗斯、日本、欧空局之后,第五个拥有自己中继卫星的航天俱乐部成员,也正是“天链一号”01星这颗中继卫星,让我们清晰地看到了翟志刚出舱的整个过程。
  今年7月11日,中国第二颗中继卫星“天链一号”02星成功送入太空,其和“天链一号”01星一起,在本次“神舟八号”与“天宫一号”的交会对接中立下大功。
  三颗中继卫星就可实现全球覆盖
  北京大学地球与空间科学学院教授肖佐说,中继卫星的一个突出优点是轨道覆盖率高,它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。
  长时间以来,地面与航天器之间的联系是通过地基测控系统实现的,也就是利用地面(陆地、海上和空中)的测控设备,对航天器发射和在轨运行进行测控与通信支持。
  据了解,我国的神舟飞船围绕地球飞行时,一个地面站捕获飞船的时间大约在六七分钟左右。为了能让太空传输下来的画面、语音不间断,地面站、测量船需要一个接一个地把信号接收下来。但即使这样,包括借助国内外测控站、多艘测量船,我国对飞船的测控覆盖率也只有约12%。
  虽然从理论上讲,只要建立足够多的地面站(据测算约需250个),就能够实现对航天器100%的覆盖率。但是在现实中,不可能在全球建立如此多的站点。除了成本方面的原因,地理条件例如海洋的阻碍和国家行政区划的限制也是十分重要的因素。
  但是一颗中继卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器,由适当配置的两颗卫星和一座地球站组网,就能基本上覆盖整个中、低轨道的空域,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,而三颗中继卫星就可实现全球覆盖。
  这样通过构建的中继卫星系统,就可以大容量、高速和实时进行数据传输。也正是由于这样的原因,目前世界各国都在努力拓宽中继卫星的应用领域。
  自然灾害信息可以更及时传播
  民政部国家减灾中心总工程师李京教授表示,中继卫星未来在资源调查、自然灾害监测卫星的数据传输方面也将发挥重要作用。他说, 没有中继卫星,资源卫星、环境卫星等应用卫星获得的科学数据,只有在卫星经过地面站上空时才能下传使用,如果突发重大自然灾害,往往就会失掉最佳的应对处置时机。
  “有了中继卫星,环境卫星所获得的信息就可以避免地面站的限制,从而可以及时传送,而在一些台风等自然灾害多发的地方,获取及时的灾害情报则显得尤为重要,往往只有依靠它,政府部门才能够在最短的时间内了解灾区的详细灾情,并根据灾情作出正确的决策。”李京说,对众多的老百姓而言,中继卫星的最大好处就是可以让他们更加及时地获得更为充分的气象、自然灾害等信息,从而为自己的生产和生活带来方便。
  “将来,我国计划发射一批大分辨率的资源、环境等卫星,而这种要求更高的数据传输,中继卫星的作用就会更大。”李京说。
  肖佐也表示,发展中继卫星,其在军事方面也具有重要意义。在没有中继卫星时,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,常常需要通过地球站点和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输,但是在战争中,一旦地球站点和民用通信网遭到破坏,这些军用的卫星有时就要变成“聋子的耳朵”,难以发挥应有的效用。
  可是在有了中继卫星及其构建的天基测控网以后,由于中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖,而自成一个独立的专用系统,因此能够更有效地为军事服务。
  中继卫星可以帮助航天器抢修故障
  目前在各大航天大国中,中继卫星主要被用于航天工程。在载人航天中,中继卫星系统可以提供高覆盖率的实时图像和高速数据的中转传输,并能同时对多个目标进行测控通信,为航天员安全、空间交会对接和返回着陆提供支持。
  肖佐告诉记者,在太空中,航天器出现故障,抢救时机往往以秒计,一旦错过就可能造成永远无法挽回的损失。随着中国卫星数量的增多,故障率不可避免要增加,而中继卫星投入应用后,将使航天器故障能够及早发现、尽早解决。
  相关专家表示,我国的中继卫星系统目前还处在初期发展水平,无论是从建设上还是从应用来看,我国的中继卫星系统与美国、俄罗斯等国相比还有很大差距,不过我国中继卫星控制管理中心的一位专家在接受记者采访时表示,中国现在正在筹建自己的天基测控系统,未来还会有新的中继卫星发射。等中国的天基测控系统完善以后,中国将从地基测控时代转入天基测控时代,而那时,中国更多的航天任务依旧要靠中继卫星担当重要角色。
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