中国天基测控将进入“高速公路”时代（图）

——天链一号03星随长三丙火箭成功进入轨道后的回顾与展望

长三丙火箭：更可靠 更智能 更安全

　　“9、6、53、166”，这4个数字代表者长征三号丙火箭第9次发射、长三甲系列火箭今年第6次发射、总第53次发射、长征系列火箭的第166次发射，在这发长三丙火箭上，技术人员进行了30余项技术改进，并采取多项防控措施，使火箭更可靠、更智能、更安全。

　　箭载“天基” 测控全覆盖

　　  在发射天链一号03星的长征三号丙火箭上，首次搭载了箭载天基测控终端和天线，而之前已组网的天链一号01星、02星也首次对长三丙火箭进行飞行测控，消除了火箭测控盲区。

　　此次搭载的箭载天基测控系统，解决了之前火箭在“滑行段”测控无法全覆盖的问题，使地面可以实时了解火箭飞行状态，该技术成熟后，将用于其他型号的火箭。

　　可以说，用天链卫星为长三丙火箭发射做测控，是天链卫星系统功能的一次完美展示。本次发射的天链一号03星，与之前发射的01星和02星组网成功后，可为中低轨道火箭发射提供覆盖全时段的测控信息，并可在火箭飞行中，对火箭姿态进行调整。万一火箭出现故障，天基测控系统还可对故障进行记录或修复。同时，天基测控系统与地面站的测控系统相互配合，又可实现冗余备份，将大大增加火箭发射的可靠性。

　　为了实现这一跨越，研制人员付出了艰辛的努力。“过去，我们要研制一个新系统一般需要两三年的时间，而箭载天基测控系统是2011年初才立项的，从研制开始到初样，再到投产，仅用了一年半的时间。”长三甲系列火箭副总指挥金志强介绍。

多项改进 火箭更智能

　　为增强后续任务的适应能力，长三丙火箭安装了在线装订技术软件，改进了轨道推进技术，为确保今后的火箭成功发射起到了验证作用。这也是本次发射的另一个亮点。

　　过去的火箭发射都是采用固定程序，针对发射窗口提前将软件安装好，这一方法一直沿用至今。但是，随着发射任务增多以及任务难度加大，这一传统模式难以适应当前高强密度发射的需求。由于发射次数不断增加，发射任务的窗口时间又非常短，一旦有不可控因素延误发射时机，就会涉及更改发射软件等问题。届时，再重新安装软件为时已晚。同时，火箭在轨滑行的时间长短不同，每次更改软件，更是耗时费力。

　　在线装订技术软件能够解决这一系列问题。这一技术是先将多个飞行程序安装在火箭上，再通过多线选择或是在线切换的方式，达到缩短反应时间及通用化的目的。

　　轨道推算技术的改进显示出火箭智能化的特点。未来的大型运载火箭发射，将增加起飞重量和飞行高度，并通过增加火箭上面级，即火箭的第一级主助推器，达到发射要求。

　　“目前的火箭飞行时间大约是25分钟，通过加装上面级，可使火箭飞行时间达到四五个小时。在飞行高度距地面3000公里以上时，目前所使用的定位导航系统，将无法满足火箭定位的需求。定位导航失去作用后，火箭自带的导航系统在后续的飞行误差会随着时间的加长而增大。”金志强解释说。今后，火箭在二三级与上面级分离时，将把位置信息传输到箭载导航系统，之后，轨道推算程序开始运行，并对后续飞行轨道进行推算。当火箭上面级发动机启动工作时，再将推算结果注入到惯性导航系统，从而达到减少偏差的目的。这样，今后的火箭将变得更智能。

　　严格防控 安全有保障

　　在这次发射前，火箭发射试验队对质量安全管控也做了创新。包括对长三丙火箭的一级增压管路进行铝改钢元器件更换等32项技术更改，大大提高了火箭发射的可靠性。同时，技术人员还对全箭进行了彻底的技术复查，并针对雨季发射，采取多项预防措施，还对部分关键元器件进行了防水处理。

　　到达发射场后，火箭发射试验队对全部技术单元和技术文件进行了审核。金志强介绍：“为保证后续发射成功，试验队对发射台及部分地面设备进行了大修，并更换了部分电缆，制定了实时天气观测制度和加注防范预案。”

　　长三甲系列火箭是目前我国发射数量最多的火箭型号，未来5年～10年依然是我国的主力型运载火箭。该系列火箭已发展得较为成熟，产品化进程中也走得很快。对于今后的发展方向，金志强告诉记者：“长三甲系列火箭后续的发展规划将在统一构型、图像测量、数据宽频传输等方面加强设计试验，让长三甲系列火箭为卫星发射提供更好的服务。”

天链一号卫星：以“天”代“地”显实力

　　“喀什站捕获、渭南站捕获、青岛站捕获、远望一号捕获……”每次收看神舟飞船遨游太空电视直播时，常常会听到这样的背景口令。不久的将来，这样的口令就会越来越少出现，取而代之的将是“天链一号01星捕获、天链一号02星捕获、天链一号03星捕获”。

　　7月25日成功发射天链一号03星后，天链卫星即将全球组网。届时，我国将拥有首个实现全球组网的天基系统，同时也将使我国成为继美国之后，完成中继卫星全球组网的第二个国家。这意味着，我国将正式进入天基测控为主，地基、海基测控为辅的时代。

　　天链一号卫星是我国第一代地球同步轨道数据中继卫星，曾经为神舟飞船等提供数据中继和测控服务，本次发射的天链一号03星，就是该家族的新成员。

　　太空传输的“交通枢纽”

　　中继卫星的全称是：跟踪与数据中继卫星，享有“卫星的卫星”称号，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，实现资源卫星、环境卫星等星上数据的实时下传，从而为应对重大自然灾害赢得更多的预警时间。

　　“中继卫星是一个数据中转站，相当于把地面测控站搬到了地球静止轨道上。”天链一号工程总师白拜尔介绍：“与地基测控相比，天基测控的最大优势就是覆盖率高，其次还有实时性、经济性等优点。”

　　几十年来，陆地测控站和海上远望系列测量船一直支撑着我国的航天测控任务，为一系列卫星、飞船和探测器的发射与测控立下了汗马功劳。以对神舟飞船的测控为例，我国拥有10余个测控站(船)，但依靠地基和海基测控单元，只能为神舟飞船提供12%～14%的全球测控覆盖，转播过程中的信号中断，就是因为飞船飞出了地基和海基监控系统的探测范围。

　　地面测控站的覆盖率十分有限。以美国为例，其覆盖最高的载人航天网，当时耗资6亿多美元，但在执行阿波罗任务时，其20多个地面站最多也只能覆盖不到30%的运行轨道。

　　“地基测控，理论上可实现对卫星低轨飞行轨道100%的覆盖，但实际上很难达到，因为地球有70%的面积是海洋，虽然可以建造多艘海上测量船，但是其维护费用极高，实施过程中很难满足要求。”天链一号02星、03星总体主任设计师刘建功介绍说。

　　“以往神舟飞船飞行期间，地面对不规则圆区域的测控难以达到。但通过天基测控，一颗中继卫星对飞船的低轨覆盖就不低于50%，两颗中继卫星就能够达到75%，3颗中继卫星组网就能实现中低轨道连续跟踪和数据通信。”白拜尔介绍说。

　　通俗地讲，中继卫星就是卫星将获得的数据，回传至地面控制中心的“交通枢纽”。

数据传输的“高速公路”

　　

    载人航天工程启动后，面对地面测控网对低轨道载人飞船覆盖较低的情况，我国一方面通过外交努力增设海外测控站，另一方面以当时最新研制的东方红三号卫星平台为基础，开展中继卫星的预先研究。经过数年的努力，研制人员攻克了一系列技术难点，最终成功研制了天链一号中继卫星。

　　天链一号01星研制成功后，在地面测试阶段完全满足了研制要求。2008年4月发射升空后，顺利向地面传输了神舟七号飞船在太空遨游和航天员出舱活动的精彩画面，让用户和设计人员对后续卫星的研制充满信心。

　　2011年7月，天链一号02星发射成功，两颗卫星并网成功后，对中低轨道覆盖达到75%。尤其是在今年6月执行首次载人交会对接任务过程中，顺利把天宫一号和神舟九号飞船实施交会对接的画面实时传回地面控制中心，让广大民众在第一时间收看到这一壮举。

　　据专家介绍，天链一号01星与02星的成功组网，首次实现了天地双向视频传输，也使天宫一号和神舟飞船的测控覆盖平均达到70%，在神舟九号飞船每天绕地球飞行的16圈中，每圈都可对其进行测控。

　　天链一号卫星实现全球组网后，将会为神舟飞船及中低轨道飞行器的测控发挥关键作用。美国的中继卫星系统主要是负责空间站与地面的联系，并随时可进行天地间的数据传输。我国未来建设长期有人照料的空间站，也同样需要这样的技术支持，天链一号全球组网成功后，可以助力这一目标的实现。

　　其实，天链一号的作用还有很多。例如，航天器在太空中出现故障，抢救时机一般都以秒计算，一旦错过就可能造成无法挽回的损失。随着我国在轨卫星数量的增多、应用范围的不断扩大，中继卫星的使用将使航天器测控能力获得极大的提升。天链一号可从资源卫星、环境卫星等卫星上获取大量数据。而在此前，只有在卫星经过地面站上空时，数据才能下传，大批量数据下传就要依靠地面站接力的方式。如果发生严重自然灾害或不可抗拒因素，就会失掉观测或收集处置最佳时机。天链一号卫星全球组网成功后，可更大程度支持数据实时回传，有效解决上述问题。

　　天链一号卫星总指挥兼总设计师王家胜介绍，研制中继卫星最大的技术难点是在两个高速运动的目标之间，建立稳定的链路，并实时传输大容量数据。事实证明，研制人员已攻克了这一技术难题。

　　“虽然我国的中继卫星的研制工作起步比较晚，但我们的水平提升得又快又稳。”天链一号卫星副总设计师范子强自信地说，“我们已完成地球中低轨道中继卫星的组网运行，在提高服务能力、扩大服务范围、实现中继卫星稳定运行的前提下，将进一步研制性能更好、质量更高的第二代中继卫星，以适应未来太空探索的需求。”

　　如果说第一代中继卫星是“高速公路”的话，那么我国未来设计制造的第二代中继卫星网络，会使我国天地数据传输进入“高速公路”时代。