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。

    今年4月25日，我国也成功发射了首颗数据中继卫星——天链一号01星，标志着我国成为继美国、俄罗斯、日本、欧空局后拥有中继卫星的国家。

    “天基测控系统是测控系统的一个重要发展方向，我们也要发展自己的天基测控系统。”侯鹰表示。

    天链一号将在“神七”进行终端搭载试验

    伴随我国航天事业不断发展的需要，航天工程对测控系统提出了高覆盖率、多目标测控等更高要求，目前的地基测控系统已很难满足，因此，发展我国的中继卫星系统，实现航天测控系统由地基网络转为天基与地基网络一体化，已成为紧迫任务。

    侯鹰介绍，我国从20世纪70年代开始就进行了中继卫星的概念研究，主要是跟踪国外的中继卫星发展情况。到20世纪90年代，我国开展了中继卫星系统的重大科研工作，获得科研成功后，才决定发展我国的中继卫星系统。

    “天基测控技术难度很大，为了攻克技术难题、掌握天基技术、掌握大容量的传输技术，我们做了大量工作。这些年来，我们中心没有休息过一天，包括所有的节假日。”侯鹰介绍，我国的中继卫星系统已建立起来，包括应用系统、终端等都已建设完备。

    “几个月来，我们对天链一号01卫星进行了大量的测试工作。目前，卫星运行状态良好，测试指标满足要求。”侯鹰介绍，通过飞船终端的搭载试验，主要目的是开展星际链路的试验；同时通过对飞船的捕获跟踪，实时把飞船的有关数据，包括图像和声音，传回地面控制中心；此外，还将对天基测控功能进行试验，从而为搭建我国的空间测控网、构建空间数据传输器打下基础。

    中继卫星控制管理中心总师杨开忠则告诉记者，中继卫星最主要的技术难点有3个：一是空间链路的建立，就是在两个高速的运动目标之间，建立稳定的链路，为此要首先突破相互捕获跟踪的技术；二是在高动态的情况下，能实时传输大容量数据；三是对中继卫星系统的自动化的运行管理。

    而此次通过在神舟七号飞船上的搭载试验，能够对中继卫星的这些关键技术进行试验验证，并为中继卫星系统的后续发展提供技术决策。

    卫星的“卫星”

    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。由于电磁波直线传播特性和地球曲率的限制，使一个地面站只能遥测遥控飞行至地球一定弧度轨道的航天器，一旦航天器飞出这一范围，地面站就会与之失去联系。从理论上讲，只要建立足够多的地面站，就能够实现对航天器100%的覆盖率。

    例如，在航天器倾角为垂直角度时，轨道高度为200公里的航天器需要多达250多个地面站。同时，由于地球表面的70.78%为海洋所占据，如需要提高地基测控的覆盖率，必须建设海上测量船，但造价和维护费用都十分昂贵。此外，为完成对多个航天飞行器目标的同时测控，如星座工作的应用卫星和载人航天器的交会对接等，必须增加多套测控设备。测控站增多后，必须动用大量的卫星通信、光缆、陆上微波中继和海底电缆等提供支持，这必然增加了时延，降低了通信的实时性。

    以美国为例，其覆盖率最高的载人航天网，耗资达6亿美元，在执行阿波罗任务时，其20多个地面站在最有利的条件下也只能覆盖30%以下的地球轨道。

    由于各类航天器不断增多，对信息传输实时性的要求也越来越高，现有的地基测控系统已无法满足需要。1983年4月4日，美国第一颗中继卫星发射成功，标志着一个测控新时代的出现，测控网开始了从地基到天基的过渡，航天测控进入了天基时代。

    与地基测控相比，天基测控的最大优势在于它的覆盖率高，单颗中继卫星对低轨航天器的覆盖率不低于50%，两颗中继卫星就能基本覆盖整个中低轨道，如用3颗中继卫星，则可以实现对200～12000千米高度范围内所有航天器的连续跟踪和数据通信。这对载人航天任务(飞船、航天飞机、空间站)的测控通信保障极为重要。

    侯鹰介绍说，中继卫星是一种负责跟踪、测量和控制其他卫星，并在这些卫星和地面之间转发数据的专用卫星。中继卫星系统则是指从位于地球同步轨道(高轨)的卫星对中低轨航天器或地面非航天器类目标进行跟踪、测控和数据中继的系统。它相当于把地面测控站搬到了地球静止轨道上。它一出现就以其高覆盖率、多目标测控与高速数据中继等特点，在航天测控领域得到了广泛的应用，并取得了巨大的经济效益，人们形象地将中继卫星称为“卫星的卫星”。

    中继卫星系统由位于地球同步轨道(高轨道)的中继卫星、地面应用系统和用户终端三部分组成。中继卫星中继往返于地面站和用户航天器之间的信号，它将地面站发射的遥控指令、测距信号和其他注入数据通过中继卫星转发给用户航天器，用户航天器接收、解调出遥控指令，并按照指令规定的内容作出响应，同时反向传输它本身所获得的数据给中继卫星，中继卫星接收到这些信号后，再反向转发到地面。

    从系统的组成与其功能来看，中继卫星系统具有以下几方面的特点：一是具有对用户星同时测轨、定轨和遥测、遥控的功能。二是测控目标为高速空间飞行器，而通信卫星的用户为地面上的固定站或速度较低的移动通信站。三是具有高的轨道覆盖率。在3颗卫星系统中，对所有中低轨道飞行器几乎能100%覆盖。四是能进行多目标测控通信。五是可进行高速数据中继传输，实时取得用户航天器观测数据。六是可取代全球布站，大大减少地面测控站的数量及其维护费用。七是可对其所有中低轨道用户飞行器进行集中控制管理。

    将为航天事业提供重要支持

    载人航天任务包括载人飞船、空间站和航天飞机。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继，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。

    “目前，我国的陆海测控网轨道覆盖率为12%左右，无法满足载人航天越来越高的要求。因此，在未来的载人航天工程中具有高覆盖率的中继卫星系统将会在航天领域起到重要的作用。”侯鹰说。

    在我国载人航天工程今后的任务中，还将实现空间交会对接。空间交会对接是两个或两个以上航天器在空间进行的一项极其复杂的空间操作，是实现空间站在轨装配、补给和维修的必要条件，也是实现空间站工程的一项重要任务。

    中继卫星系统是实现空间交会对接的重要技术手段。因为测控系统在执行交会对接任务时，将持续20多个小时，从而对测控网的覆盖率要求大幅度提高，只有中继卫星系统可保证对航天器的连续监视、通话，并将交会对接实况实时送回测控中心，实现交互式操作，并可缩短交会对接时间，增大任务安排的灵活性。

    “美苏两国在进行载人航天任务初期，地面测控网的建设走的是全球布站的道路。在熟练掌握了中继卫星支持下的交会对接技术后，地面测控网的作用被逐步减弱。目前，美国在空间交会对接任务中已经完全依赖天基网。”侯鹰介绍。

    不过，侯鹰坦言，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相比还有很大差距。

    当记者问到我国的天基测控网络何时能正式建立起来时，侯鹰和杨开忠均表示，这需要通过应用需求的拉动。目前，科学研究、气象卫星、减灾卫星、环境卫星等虽然也提出了一些应用需求，但航天领域依然是中继卫星系统和天基测控网络的主要应用领域。