20日上午，神十航天員王亞平將在天宮一號上面向中小學(xué)生進行我國首次太空授課。此次太空授課需要我國強大的航天測控能力作為后盾;需要天鏈一號數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星在背后進行支持。此次太空授課將通過天鏈數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”傳送，公眾可以看到更穩(wěn)定、更清晰的實時畫面。這也將是對中國第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)時傳輸能力的考驗和展示。
太空中的衛(wèi)星有很多種， 比如觀測氣象的氣象衛(wèi)星， 進行廣播電視信號傳輸?shù)耐ㄐ判l(wèi)星， 觀測地表和淺地層情況的遙感衛(wèi)星，觀測海洋洋流和水溫的海洋衛(wèi)星，進行實時定位的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位衛(wèi)星……等等，這些衛(wèi)星有一個共同的特點，即數(shù)據(jù)傳輸是在地面和衛(wèi)星之間進行的。
還有一種衛(wèi)星，它除了可以進行星地通信外，還可以與其他航天器之間進行星際通信，它的主要任務(wù)，就是將一些航天器的數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸?shù)降孛婊蛘咂渌暮教炱?，反之亦然?這個信息傳遞的接力手，就是我們今天用的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。
在沒有數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星之前，衛(wèi)星數(shù)據(jù)要傳輸?shù)降孛?，就要建立星地通信鏈路。如果衛(wèi)星與地球的相對位置是固定不變的，即衛(wèi)星在36000公里高的地球同步軌道上(大多數(shù)是通信廣播衛(wèi)星)，建立這樣的通信鏈路就相對方便?？墒牵^大多數(shù)衛(wèi)星都是在200-2000公里的低軌道上，比如神舟十號與天宮一號組合體，它們相對地球不停的轉(zhuǎn)動，速度比地球自轉(zhuǎn)快很多。一顆低軌衛(wèi)星繞地球一周，只在很小的一部分運行軌跡中，能夠與一個固定地面站建立穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸鏈路。用航天術(shù)語來說，一個地面衛(wèi)星站，對一個中低軌航天器的軌道覆蓋率只有大約2%-3%。
就是說，一顆低軌道衛(wèi)星繞地球一圈，一個地面站只有2%-3%左右的時間，能夠“看”到這顆衛(wèi)星，并和它對話。要想再次和它對話，要等衛(wèi)星再繞地球一圈，直至我們能“看”到它的時候。所以每次星地對話的時間很短，這樣就不能進行太空授課、交流問答。
為了更加實時的掌握低軌航天器數(shù)據(jù)，就要提高軌道覆蓋率。而提高軌道覆蓋率，解決的辦法有兩類。第一類是大大增加地面衛(wèi)星接收站的數(shù)量或大量建造遠洋測量船(如“遠望”系列測量船)，這樣做未免太浪費，那是相當(dāng)?shù)臒X啊。
第二類辦法，就是在太空建立數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。
原理是這樣的：如果在36000公里的地球同步軌道，均勻部署3顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，假設(shè)為ABC三星。那么，我們就可以實現(xiàn)2個目標
1 無論低軌道衛(wèi)星在什么位置運行，在它的上方，至少都被ABC中的某一顆中繼衛(wèi)星覆蓋。
2 無論一個國家的地面站在地球的什么位置，在它的上方，至少都被一顆固定的中繼衛(wèi)星覆蓋，假設(shè)為C星。
那么，當(dāng)?shù)蛙壍佬l(wèi)星被C星覆蓋時，就隨時可以將自己的數(shù)據(jù)通過C星轉(zhuǎn)發(fā)本國地面站(當(dāng)然也可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)往地面站而不經(jīng)過C星轉(zhuǎn)發(fā))。而當(dāng)?shù)蛙壍佬l(wèi)星被A或B星覆蓋時，就隨時可以將自己的數(shù)據(jù)發(fā)給A或B星，A/B星可以將數(shù)據(jù)接力發(fā)給C星，再通過C星與本國地面站的鏈路傳輸給地面。
簡單說，理論上，一顆地球同步軌道上的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，軌道覆蓋率就可以達到50%，三顆就可以實現(xiàn)100%的覆蓋率。知道這個就行了。
中繼衛(wèi)星的核心優(yōu)勢是：實時全程測控、實時全程傳輸、降低測控成本
實時全程測控：中繼衛(wèi)星可以大幅提升航天器(如宇宙飛船、太空實驗室、火箭、衛(wèi)星)的測控覆蓋率接近100%。增強了空間交會對接任務(wù)實施的安全性和可靠性，為實施手控交會對接、開展空間科學(xué)實驗等提供了穩(wěn)妥高效的天基測控通信保障。
實時全程傳輸：中繼衛(wèi)星作為在太空中運行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實時下傳，極大提升各類衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力，同時降低測控成本：最少只要3顆衛(wèi)星，就可以進行全球中繼衛(wèi)星組網(wǎng)。如果中繼衛(wèi)星的功能足夠先進，則可以替代大批地面衛(wèi)星測控站和遠洋測量船，經(jīng)濟效益是非?？捎^的。于是中國第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星——“天鏈一號”，終于登場了。