“天路跟蹤正常，遙測數據正常！”2019年11月的一天，這句響亮有力的調度口令，響徹在北京空間信息中繼傳輸技術研究中心的監控大廳，標誌著“天鏈”二號（01）星完成系統試驗，並正式為用戶提供天基測控與數據中繼服務。這意味著，自2019年3月31日發射入軌後，“天鏈”二號（01）星經過“天路團隊”七個多月的在軌測試、地面系統聯試以及全要素大回路信息接口測試後，我國第二代中繼衛星系統宣佈“上線”啦！
一、“天鏈”一號四兄弟
“天鏈”一號是我國第一代地球同步軌道數據中繼衛星，由中國航天科技集團公司所屬的空間技術研究院研製。所謂“數據中繼衛星”，就是天基衛星測控站+天基數據傳輸站，是我國天地一體化信息網絡的重大基礎設施工程。
中繼衛星示意圖
再翻譯翻譯，是這樣事兒滴：“中繼衛星”，“天基數據傳輸站”，可以理解為在太空中充當自動接線員的衛星。該接線員站在高高的同步軌道上，目力所及之處，中低軌道（包括大氣層內）上跑的目標飛行器盡收眼底。那麼好了，接線員跟這些目標飛行器做出如下約定：“你們按照我的要求，把你們所產生的數據發給我，我也不看，我也不聽，我原封不動給你轉送到你們想要送到的地面站。送到後請給我好評，叫我‘太空數據快遞’我也很樂意。”就這樣，在這種約定下，這些目標飛行器們再也不用擔心在或不在地面站的目力所及範圍，想什麼時候把數據快遞回來，就什麼時候發一把。地面站們再也不用擔心地球曲率造成的“牧”星盲區，什麼時候想要數據，給中繼衛星說一聲，中繼衛星就幫招呼到。至於“天基衛星測控站”，本質上“測控”也是數據傳輸的其中一種方式，換一下數據使用的思路，使得中繼衛星把某地面站想要遙控的哪個目標飛行器的數據給甩過去，再把這個目標飛行器響應或發回的遙測數據傳回來，這就是天基測控啦。
好處是什麼呢？上面說了，一個是
看的又多又遠，地面站和目標飛行器之間的“見或不見”都沒那麼重要了；另一個是傳的又快又穩，每秒高至GB級的數據傳輸速率這簡直可以稱的上“快到能看見重影”，但實際上又沒有“重影”，傳輸非常穩。此外，還有重大經濟效益：實現同樣的數據中繼和測控目標，打一顆同步軌道中繼衛星所需的花費，相較造多艘大型測量船、在不同地區甚至國家建造多個地面站的花費相比，堪稱性價比奇高。[Tips：航天器的任何數據都需要傳到地面站（或地面應用部門）才是有意義的，但對於大多數運行在幾百公里軌道的航天器而言，它們每90分鐘左右就繞飛地球一圈，這意味著由於地球曲率遮擋和視線視場問題，它們大部分時間都是無法跟定點的地面站通信的。特別是載人航天任務，飛船或空間站一般在距離地球400公里的軌道飛行，受制於地球曲率遮擋和視線影響，只有在飛臨控制中心或地面測控通站附近時，才能取得雙向聯繫，其它都是非受控區域，盲區極大，風險極高。]
我國在軌的各類航天器和其它種類的飛行器承擔著科學試驗、資源勘測、環境監控、信息傳輸等各類任務。中繼衛星依照不同的數據應用部門，把它們產生的各類數據分別進行高速轉發，“目標衛星—中繼衛星系統—衛星應用部門”因此而構成一個有機的數據傳輸整體，既能提高傳輸效率，又能實現信息資源共享，還能實現應急的協調聯動。
2008-2012年，我國先後發射了“天鏈“一號01星（2008年4月25日）、02星（2011年7月11日）、03星（2012年7月25日），成為世界上第二個擁有對中、低軌航天器全球覆蓋能力中繼衛星系統的國家。三星組網運行，天基測控站就變成了天基測控網，也標誌著我國天基測控網具備了全球覆蓋服務的能力。2016年，我國又發射了“天鏈”一號04星，與其他三顆衛星全球組網運行，我們親切稱他們為“天鏈”一號四兄弟。
[Tips：“天鏈”一號四顆衛星均以東方紅三號衛星平臺為基礎，星間通信鏈路使用單個S/Ka波段雙饋源拋物面天線，測控信號使用S波段單址鏈路中繼(SSA)信號，星地高速通信使用Ka波段天線。衛星大型拋物面天線指向、捕獲和跟蹤使用星載閉環捕獲跟蹤技術。“天鏈”一號01星已經超期服役，“天鏈”一號04星理論上是用來替換/備份01星的。]
二、“來啦，老弟！”——“天鏈”二號（01）星開始提供服務
“天鏈”二號01星是中國第二代數據中繼衛星系統的第一顆衛星。在第一代中繼衛星的基礎上，“天鏈”二號01星基於東方紅四號平臺研製，在各項技術指標、能力都有重大提升，具有服務目標更多、傳輸速率更高、覆蓋範圍更廣、設計壽命更長等特徵。
[中繼衛星工程運控系統總設計師孫寶升：“我們的天鏈二號中繼衛星是天鏈一號中繼衛星後新的一代，它的能力在信息傳輸的速率、同時服務用戶的數量等方面都有了一個顯著的提升。”]
“天鏈”二號在任務規劃、系統管理、業務運行上相比前一代系統取得了顯著進步，數據傳輸速率和多目標服務能力也有較大提升，對提高中低軌衛星、載人航天器信息回傳時效性、在軌運行安全性和任務實施靈活性等方面發揮重要作用，大大增強我國基於中繼衛星系統的天基數據信息服務水平。
“謝天謝地，來啦老弟！”從此，中國天基測控網迎來跨越發展，“更廣、更快、更強”的天基測控與數據中繼能力，為接下來要閃亮登場的中國空間站、航天員長期在軌運行駐留，開展多樣性科學試驗和太空研究，提供更好的測控、通信與信息傳輸支持。
三、謝天謝地你來啦，中國空間站的天地視頻直播更“爽”了！
1）“天鏈”一號：“神舟天宮”初探天地視頻直播
這是一條神奇的天路。2008年，“天鏈”一號01星就參與並圓滿完成了“神舟七號”數據中繼服務。在神舟七號飛行任務中，首次試驗、驗證天地視頻通話。航天員翟志剛那句“我已出艙，感覺良好”，引爆了中國人民空前的太空逐夢熱情。這次中國天地音畫直播，正是基於“天鏈”一號01星實時傳回地面指控中心的。
[題外話：那時，筆者還在學校讀碩士研究生，看到這個直播時興奮的直拍大腿，指著電視畫面對同學說：“看，天鏈，數據鏈的‘鏈’！帶著‘天’字，肯定是個特別強的“鏈”，我以後要是能幹這個就好了……”誰曾想到，6年後，筆者真的來到了這個團隊。]
2013年6月20日，航天員王亞平在距離地面三百多公里的“神舟十號/天宮一號”組合體上，給全國的中小學生進行了一次生動的太空授課。清晰流暢的畫面，美麗優雅的中國女航天員，引人入勝的太空講課，引發了全民追星的熱潮，這個“星”，就是我們的航天員，也是我們的“神舟十號/天宮一號”組合體。看熱鬧、話自豪的同時，有心人一定會注意到電視直播畫面右上角那低調含蓄的“天鏈”二字，正是“天鏈”一號衛星，與地面站、測量船共同搭建了天地實時視頻直播這條“神奇的天路”。
2016年，“神舟十一號天宮二號”空間實驗室飛行任務中，“天鏈”一號為航天員景海鵬、陳冬與地面“天地通話”“天地雙向視頻通話”以及與地面同步收看《新聞聯播》提供了直接的技術支撐。與以往相比，這次天地通話圖像更清晰、傳輸更流暢，背後是數據傳輸體制、編碼的進步，傳輸設備的優化，以及數據中繼服務模式的改進。此時筆者已是中繼衛星系統的工作人員，全程參與見證兩位航天員的“太空三十三天”，全程見證參與“天鏈”衛星在整個任務期間的出色表現。特別是景海鵬、陳東那句對話：“我問你爽不爽”“爽！”
這對話讓人由衷地開心與自豪！這是對咱們各個系統技術過硬的自信！
2）“天鏈”二號：中國空間站的高速穩定廣域數據中繼服務看你啦！
中國空間站將是21世紀人類設計建造的第一個空間站（國際空間站已屬於上個世紀的人類空間站），承載著中國人在太空構建美麗家園的夢想，也是所有航天員理想的太空宿營地、實驗室。預計於2022年建設完成。
[Tips：中國空間站軌道高度為400-450公里傾角42-43度，設計壽命為10年，長期駐留3人，總重量可達100噸，可進行較大規模的空間應用研究與實踐。中國空間站整體名稱及各艙段和貨運飛船共5個名稱具體如下：載人空間站命名為“天宮”，代號“TG”；核心艙命名為“天和”，代號“TH”；實驗艙Ⅰ命名為“問天”，代號“WT”；實驗艙Ⅱ命名為“夢天”，代號“MT"；貨運飛船命名為“天舟”，代號“TZ”。]
眼看2020年就要來了，按照計劃中國空間站將開展發射、入定軌等工作，更加依賴“天鏈”衛星所提供的高速、廣域、穩定的天基測控和數據中繼服務，特別是天地雙向實時視頻直播服務。也就剛剛好，“天鏈”二號01星可以啦，準備好了！
四、謝天謝地你來啦，我們奮鬥好久了！
誰持天鏈星河舞。北京空間信息中繼傳輸技術研究中心是我國中繼衛星系統的論證、建設、管控和運維主體。2003年，啟動“天鏈一號”的立項研製，距今已經16年了。2011年，啟動“天鏈二號”的立項論證，距今已經8年多了。
無論在一代系統建設和運維方面，還是在二代系統的立項、論證、設計、建設、試驗方面，我們都奮鬥好久了！
謝天謝地，你終於來了，你來見證我們奮鬥的歷程，你來檢驗我們奮鬥的成果。
“九天之上翩翩，舞步從容穿梭。”精彩紛呈背後必定是崎嶇坎坷。十六年的歷程裡，中心的科研與工程技術人員們，一直致力於“邊使用邊改進優化”中繼衛星系統：
他們一直在改建、新建更先進智能的地面運維管控站。從多年前起，圍繞“天鏈”二號地面系統設備工作模式、傳輸特性、自動化智能化運行等話題，他們持續在努力。從單臺設備改進驗證，到成套分系統聯調聯試，基於大量經驗和詳實數據，帶著設想與求證，他們在各個科研院所的機房裡，在無數個燈火通明的通宵達旦中，在一茬茬技術人員的接力集智攻關歷程中，謝天謝地，全新的智能化地面運維管控系統和站點已傲然挺立。
他們一直在探索、驗證更高速穩定的數據傳輸體制。這是一項非常基礎的工作，但奠定的卻是整個天基數據信息中繼系統最堅實的地基。除了工程技術難題之外，更多的是要在基礎信息理論、基礎信號體制、基礎編解碼算法等方面有所突破，難度可想而知，可以說“把頭都難禿了”都不為過。但謝天謝地，這個群體十幾年的奮鬥今天有了令人振奮的結果。
他們一直在論證、研究更高效可靠的數據中繼服務模式。面向用戶需求如何做到即時響應，給用戶傳輸數據如何保證快速可靠，異常與中斷的處理機制流程如何適應更多的場景，所有這些問題，都是點滴積累的經驗、數據基礎上，再做挖掘分析，進而指導目標。謝天謝地，多年的論證研究終於可以回答這些問題。
他們一直在設計、實現更方便快捷的數據接收分發方式。“太空數據快遞員”要做到實時“收件”，即時通知用戶“取件”，隨時隨地按照約定“送件”，送的快，送的準，不丟件，看似清晰簡明的問題，背後需要的卻是體系的建立、模式的支撐，環環相扣，嚴絲合縫，本身就是針尖上跳舞的技藝。謝天謝地，他們做到了！
他們一直在試驗、應用更廣域安全的服務覆蓋技術。前瞻性、儲備性預研，一直在路上。“天鏈”一號的應用過程中，他們就開始探索論證下一代數據中繼衛星的功能技術指標，“更廣域”意味著“太空數據快遞”的“視、聽”能力更突出，“更安全”意味著“太空數據快遞”的“收、送”能力更出眾，用戶的信賴程度、滿意程度會再加若干個dB。謝天謝地，他們做到了！而且會一直做下去。
……最終，他們確立了“天鏈”二號的技術狀態和工作模式，由中國航天科技集團空間技術研究院設計生產，並由西昌衛星發射中心發射。發射入軌後，他們再接手進行驗證、聯試、測試、匹配，最終激活“天鏈”二號的滿身本領，賦予“天鏈”二號的在軌服務能力。航天事業“千人一箭，萬人一星”，正是如此。
（天路群英 攝影：王貝、鄒芳、馮靈潔 等）
神奇天路共甘苦。從一代論證、立項算起，中繼衛星系統的建設距今已跨越了16年。16年對於我們人類來說應是一個相當長的時間跨度，有很多開拓者、領路者或離退休，或轉崗，但在搭建“神奇天路”的歷程中，我們始終同甘共苦，戮力同心，共同面對所有的未知、風險，迎接所有的困難，挑戰。中國航天人“特別能吃苦，特別能戰鬥，特別能奉獻，特別能攻關”的精氣神在這個群體身上，得到了最好的詮釋。
謝天謝地你來啦，你的到來讓我們不禁想起一起奮鬥的所有人們。縱然照片會在時光裡慢慢褪色，但我們的心中始終難以忘卻所有的見證者，親歷者。“最幸福是同步著，你有力的脈搏！”我們腦海中始終銘記每個奮鬥者的臉龐與身姿，不忘一起致力於中繼衛星系統的初心，接續一棒又一棒的傳承，在全新的天基信息系統建設的歷程上，繼續奮鬥。“天鏈”二號上線了，“天鏈”三號還會遠嗎？畢竟，“探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。”
勝利歌聲多嘹亮，歡欣鼓舞天路人。
天路逐夢人，永遠在路上。
閱讀更多 航天君 的文章
