PDF《微信时代》

2013 年6月20 日上午

10 时05 分至

55 分, 神十 航天员王亚平在天宫一号上进 行我国首次太空授课.此次授课主要面向 中小学生, 讲授失重条件下的物体运动特 点, 以及液体表面张力作用等内容. 或许有人会认为这没有什么实际意 义, 或许还会有人认为这不过是激发青少 年航天热情的 太空秀 .但鲜为人知的 是, 看似很简单的一堂太空课, 需要强大的 航天测控能力在背后进行支持, 特别是数 据中继卫星的支持.能进行如此长时间、 大容量、 稳定的天地通信, 主要依靠三颗天 链中继卫星来保障, 这是一个航天强国的 绝对标志, 也是中国军事航天的重大进步, 更是硬实力的展现. 神舟天宫组合体运行在距离地面大约 340公里的高度, 属于近地轨道航天器, 绕地 球运行一圈的时间约为 90分钟.受地球曲 率影响, 地面或海面单个测控站对 340公里 高度的神舟天宫组合体的测控、 通讯范围很 小, 如果要保持不间断的通联, 理论上需要 布设 100多个站点均匀分布在地表, 这在经 济上、 政治上都是不可能的.此次太空授课 用时 50分钟, 从开始到结束, 这期间神舟天 宫组合体已经围绕地球飞行了半圈多, 若依 靠地面测控站进行不间断视频直播的话, 最 理想的情况也需要10多个测控站, 我国的地 面测控体系缺乏这个条件. 在冷战期间, 美苏两个航天强国遇到 同样的问题, 他们依靠其强大的经济实力 和政治影响力, 在全球多个国家建立了地 面测控站, 建造了大量测控船及飞机, 但也 无法实现对低轨航天器的无间断测控.直至1983 年, 美国人开始将目光投向太空, 他们发射了运行在静止轨道上的数据中继 卫星.低轨航天器先将数据上传至中继卫 星, 中继卫星再将数据传回至地面, 即一个 星―星―地 的通讯流程.中继卫星运行 在36000 公里高度的静止轨道上, 分布均 匀的3颗卫星即可以基本实现对200―1200 公里高度航天器运行轨道的全 覆盖.相较地面、 海上测控站点, 数据中继 卫星具有覆盖面积广、 实时性高、 经济性好 等优点. 我国则分别在

2008 年和

2011 年发射 了 天链一号 数据中继卫星的

01、

02 星, 天链一号

03 星在

2012 年7月25 日发射成 功, 由此建立起第一代数据中继卫星系 统.细心的读者可以发现, 在央视对神十 发射的直播中, 屏幕右上角有时会出现 天链 字眼, 这是表示当时的视频信号来自 天链一号 数据中继卫星的转发.而 滨海 南亚 喀什 和 远望 等字眼则 分别表示东非肯尼亚的马林迪测控站、 南亚巴基斯坦的卡拉奇测控站、 中国新 疆的喀什测控站和海上的远望系列测控 船. 数据中继卫星是个好东西, 但技术 难度却相当大, 美国在上世纪

60 年代即 成功发射静止轨道通信卫星, 但在约

20 年后才拥有数据中继卫星.我国则直至 去年才建立了自己的数据中继卫星系 统. 与普通通信卫星相比, 数据中继卫 星需要克服的第一个技术难题是对航天 器的捕获和跟踪.中继卫星运行高度是

36000 公里, 低轨航天器的高度仅为数 百公里, 距离非常远;

而视频、 高质量静 态图像又需要高速数据传输, 中继卫星 与低轨航天器之间需要采用增益高、 波束极窄的Ku/Ka 波段天线进行通讯.通讯距离远、 通讯波束窄, 这就对跟踪精 度提出了极高要求, 要达到 0.06 度. 中继卫星为了与众多中低轨道卫星 通信, 天线处于复杂的变速运动状态, 在 转动速度、 加速度和角度上都没有规律, 天线的机械驱动机构不仅要精度高, 而且 要求在恶劣工作环境下长时间稳定运行, 制造难度很大. 同样麻烦的还有天线与卫星的振动耦 合问题, 非线性结构的天线不规律的运动 和振动, 对卫星本体姿态控制也有很复杂 的影响,对卫星控制也提出了很大的挑战.而天线制造本身也是一个难题, 高数 据传输速率要求高增益天线, 通俗地说, 中 继卫星的抛物面通信天线尺寸要尽可能的 大.同时, Ku/Ka 波段波长小, 对天线抛物 面精度要求也非常高.数米直径的抛物面 天线整体形面误差要低于 0.1 毫米, 并且要 在外太空高温差条件下长期保持这样的精 度, 其难度可想而知. 所以, 数据中继卫星可以称得上是当 今技术含量最高的通讯卫星.我国在去年 完成了第一代 天链一号 数据中继卫星体 系的建设, 今年进行 太空授课 实则是对 自己航天测控实力的一次展示. 更为重要的是, 天链一号的作用并不 仅限于为神舟、 天宫服务, 它还可以为中低 轨道的各类民用遥感卫星、 军用侦察卫星 提供测控、 数据中继服务, 对国民经济、 国 防建设均有巨大的促进作用. 太空授课还带来了什么 杜松涛 微信时代 的群众文学 一个朋友的孩子大学毕业半年了, 没有去 找工作, 窝在家里, 白天睡觉, 晚上上网.最近 跟他父母要钱, 想去美国游学.朋友来问我该 不该让他去?我望着他苍苍的白发说: 你如果 真的要为孩子好, 就让他去, 但是不要给他钱. 我想到了我妹夫的故事.他是美国人, 从 小就向往外面的世界, 想先做水手, 环游世界 再回学校念书.虽然他父亲是医生, 家庭经济 条件许可, 但父母并不给他钱, 他也没向家里 要, 高中一毕业就先去阿拉斯加伐木存钱.因 为阿拉斯加夏天日照很长, 太阳到午夜才落 下, 三点多又升上来了, 他一天如果工作