6颗
1983年4月4日发射了第一颗跟踪与数据中继卫星TDRS-1,开创了天基测控新时代;
1993年1月,第6颗跟踪与数据中继卫星(TDRS-6 )发射后,该系统具有了在轨运行和轨道备份能力,这才真正完成其组网过程。
1995年7月13日发射了第7颗TDRS卫星作为应急备用星,结束了长达10余年的第一代跟踪与数据中继卫星系统的建设工作。
美国之所以如此坚持不解地努力发展这一系统,重要原因就是它是一种作用很大的卫星。由于发射失败和卫星本身故障,直到1991年发射第5颗卫星(TDRS-5)时,只能保持一颗完好的卫星在轨,虽然其间也曾有过2颗上作卫星在轨的情况,但没有足够的轨道备份。尽管如此,这种卫星系统已发挥了很大作用,它曾为12种以上的各种中、低轨道航天器提供跟踪与数据中继业务。其中包括著名的哈勃望远镜。如今,美国正在研制下一代的高级跟踪与数据中继卫星系统(ATDRSS)新一代跟踪数据中继卫星计划再发射3颗卫星,称为TDRS-H, I, J其中TDRS-H和I已于2000年6月和2002年9月发射升空。TDRS-H处于部分工作状态,TDRS-I处于校验状态。目前,美国TDRSS系统的空间部分由地球同步轨道上的6颗在轨中继星组成,即TDRS-F1、F3、F4、F5、F6、F7(TDRS-F2发射失败)。另外,还有ATDRSS系统的TDRS-H、I。 4颗以上
即2颗以上军用,2颗民用
前苏联/俄罗斯已拥有多个军用和民用数据中继卫星系统。
军用系统又称为保密的数据中继系统,1982年5月发射首颗,1986,1989年又相继发射两颗,都定点于西经14度。可见这种系统至少有2颗卫星同时在轨服务。
民用系统又称为“射线”系统,也称为保密的数据中继系统分为东部、中部和西部3个独立的网络。从1985年至今已发展了两代“射线”中继星,其空-地段采用Ku波段,空一空段采用UHF波段。直至1993年3月,正常运行的只有2颗卫星构成的两个网络:即“宇宙”1897卫星服务的中部网和“宇宙”2054卫星服务的西部网。前苏联的数据中继卫星同其它类型的卫星一样,寿命较短,因此隔2-3年至少要发射一颗。 2颗
欧洲航天局于1989年决定发展数据中继卫星,期间有过一些停顿,到1993年欧洲空间局才决定恢复DRS计划。1999年发射第一颗,2003年发射第二颗。 2颗
日木宇宙开发事业团对日本的数据中继和跟踪卫星DRTS进行了规划,并于1993年确定了4步走的发展策略:
(1)1995年利用工程试验卫星(ETS)6进行试验;
(2)1997年利用通信工程试验卫星COMETS进行试验;
(3)1998年利用光学轨道间通信工程试验卫星OICETS进行试验;
(4)2000年发射2颗实用型数据中继和跟踪卫星。
DRTS系统的目的在于为日本空间活动,如地球观测和国际空间站计划,建立通信基础设施。 3颗
2008年4月25日23时35分4月26日,我国首颗数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日23时35分在西昌卫星发射中心成功用“长征三号丙”运载火箭将“天链一号01星”发射,填补了我国卫星领域的又一空白。我国从上世纪80年代初期就开始跟踪TDRSS这一新技术,并在“九五”期间开展了一系列的预研工作,到目前为止已取得了一定的成果。
2011年发射了天链一号02星。
2012年7月25日23时43分,中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭将“天链一号03星”顺利发射升空,并成功送入太空预定轨道。“天链一号03星”是中国发射的第三颗地球同步轨道数据中继卫星,其成功发射后,将实现“天链一号”卫星全球组网运行,标志着中国第一代中继卫星系统正式建成。
我国跟踪与数据中继卫星系统的发展大致分两步走。第一步:先建立单星系统,使其最大返向数传速率达几百兆,对用户航天器的轨道覆盖率达50%以上;第二步:采用大型卫星平台建立双星系统,通过2颗星使对用户航天器的轨道覆盖率达到85%。
中国航天的昨天、今天和明天
元旦假期的第一天,嫦娥四号探测器却在“出差途中加班”。12月30日凌晨4时55分,科技人员在北京航天飞行控制中心向嫦娥四号探测器注入调姿和变轨参数。8时54分,嫦娥四号探测器发动机成功点火,开始实施变轨控制。8时56分,地面测控站实时遥测数据监视判断,嫦娥四号探测器已由距月面平均高度约100公里的环月轨道,成功实施降轨控制,进入近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的环月轨道。
它这一趟的目的之一,就是计划要在月球背面艾肯盆地实现软着陆,国家空间科学中心副主任邹永廖说,在过去的半个多世纪里,人类已经发射了100多个月球探测器,但还没有一个能够实现在月球背面着陆:“月球正面和背面无论从物质成分上、形貌构造上还是岩石年龄,都有很大差异。艾肯盆地是在整个太阳系固体天体中存在的最大、最深的盆地,我们可以获取月球深部物质的信息。由于磁环境的原因,在月球正面开展低频射电天文观测效果不好。恰恰由于月球背面的磁环境非常干净。在月球背面开展低频射电天文探测这一目标应该说是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域上在低频观测段的空白。”
为了这趟旅程,科技人员还架起了“一座鹊桥”,不是为了牛郎和织女,而是给“嫦娥”准备的。今年5月21日,西昌卫星发射中心成功将探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星发射升空。正如“鹊桥”之名,嫦娥四号总设计师孙泽州说,中继星为嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。“鹊桥”中继星成功发射,在L2点稳定运行,为月球背面软着陆应该说做好了准备。
嫦娥四号12月8日就出发了,12月12日成功实施近月制动进入环月轨道以来,嫦娥四号探测器进行了2次环月轨道修正,与“鹊桥”中继星进行了4次中继链路测试,开展了激光测距、三维成像、微波测距测速等导航敏感器在轨测试,为探测器进入预定着陆区、择机实施月球背面软着陆做好准备。
孙泽州表示,这次探索也将为今后探月工程不断实现更深层次的全月科学勘探提供可能。他说:“这一次我们是从月球的正面扩展到背面,下一步我们要从月球的相当于中高纬地区向月球的两级去拓展,实现对全月球的可到达能力。”
虽然,新年没有赏月的传统,也没有“嫦娥奔月”的传说,但今晚(12月31日)的跨年夜,不妨抬头看看月亮。一个实实在在的嫦娥四号探测器正在“奔月”。按照计划,2019年的1月,它将择机在月球背面软着陆。
虽然,我们普通人举头望天并看不真切,但天上却有设备能把地球上的我们“看得”清清楚楚。
“天上的星星参北斗”,而北斗卫星导航系统能告诉你要不要顺着大河向东走。
北斗是中国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。今年一年内北斗完成了10箭19星发射,创下世界卫星导航系统建设和我国同一型号航天发射的新纪录。12月27日,北斗三号开始提供全球服务,全球定位精度10米;在亚太地区定位精度也由原来的6米提升至5米。北斗三号系统卫星总设计师林宝军介绍,精度提升的原因就在于她有了一个更厉害的“心脏”。
林宝军说:“我们突破了新型氢原子钟以及原子钟的无缝切换技术,可以说原子钟是导航卫星的‘心脏’,这项技术也决定整个导航精度的一个核心技术。这项突破使导航系统的时频精度提高了一个量级。另外,使我们的原子钟可以连续无缝、不间断地工作,这使北斗系统运行的时候,大家会感觉到更稳定、连续、不间断,性能会更好。”
“北斗”定位不迷路,“鸿雁”传信不失联。12月29日,鸿雁星座首发星发射成功并进入预定轨道,我国全球低轨互联网卫星系统正式启动建设。此次搭载发射的首颗试验卫星在轨期间将陆续开展卫星各项功能的试验验证。按照规划,鸿雁星座一期将由60颗卫星组成,主要实现全球移动通信、物联网、导航增强、航空监视等功能;二期则将再发射数百颗卫星,形成全球覆盖的能力。
航天科技集团五院总工程师、中国工程院院士周志成介绍:“通讯是要连续覆盖的,有的地方还要多重覆盖,所以这样的一个体系就造成了必须接续不断地这个星过来覆盖,所以星座的设计,包括接力的方式、切换的方式是这个的难点。”
现在我们所用的网络都需要建立基站,但是沙漠、山区、海上等地方很难架设基站,手机就会出现不在服务区的情况。有了“鸿雁”系统后,这将成为历史。
回顾2018年的中国航天,中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光表示,成果丰硕:“今年的发射次数,算上私人公司发射的,(发射次数)首次独居世界第一位。中国在空间基础设施建设方面,一些对地的遥感星座越来越成熟地走向应用。空间科学方面,‘张衡一号’发射成功,我们在国际合作方面进一步加强和国外的沟通,实现更多的合作项目。商业航天方面,私人航天公司已经开始进军轨道发射的服务领域。今年,载人航天方面,用于验证交会对接技术的‘天宫一号’完美落幕。”
2018年,中国航天未完待续……杨宇光说:“跨年度最引人注目的是嫦娥四号任务,人类第一次在月球背面实施软着陆的尝试,在月球探测领域最引人注目。其他方面,北斗也将进一步补充更多的卫星构建全球星座,其授时和定位精度也将进一步得到提高和改善。未来我们不但要保证航天规模,而且更多地要提高我们整个航天活动的技术含量,包括载人航天、深空探测;包括通信、遥感、导航等服务于国计民生的技术领域;包括未来在空间科学、太空探索等方面应该有更深层次的成果,在载人航天方面也进一步拓展空间站的建设。”
天宫课堂已经开课两次了,从第一次开课是去年12月9号,最近一次则是几天前的3月23号,期间航员的各种物理小实验讲解和演示实在是引人入胜,除此以外,还有之前的除夕夜现场直播拜年,相信大家还记忆犹新。
你知道吗,其实航天员在天宫号空间站中授课时,空间站并不是在我国领土的正上空的,当时的空间站正在南美洲上空飞过。
虽然空间站的轨道高度约为400千米,但是相对祖国大地来说,就相当于空间站一直处于地平面以下。Wi-Fi信号隔着一堵墙都会信号变弱,这意味着,就算不考虑大气因素,地球的遮挡会导致空间站内的信号变差甚至消失。
可是在授课过程中,我们不但可以看到天空课堂的画面,而且非常的清晰且流畅,几乎就是实时通讯,感觉不到有任何卡顿,那这是如何做到的呢?
对于 地面通讯 来说,比如朋友家人们之间的手机通讯,我们之间发送的信息是通过电磁波,通过各种信号之间的转换,我们所要发送或者接收的信息就从一个地方传输到另一个地方了。但是这样的传输有一个限制,那就是所在的地方需要有信号基站覆盖。
那这些基站之间是如何传输信号的呢?这就要依靠地球的天然发射层了,在地球的上空有一个 厚厚的电离层 。电离层在距离地面100-200千米高度的区间,这个区间可以反射一定波段的电磁波,其中3-30Mhz之间的信号反射效果最佳。
对地面通讯而言,基站发出的信号会在大地和电离层之间不断反射,这样就能将信号传输到远方。因此只要基站的数量足够多,地面通讯信号就能进行无差别覆盖了。
但是天上则不一样,空间站的高度是400千米左右,它发出的信号是无法穿越电离层,到达地球表面的,天宫号的信号会被电离层反射,直接d到无人的太空中。
就算我们使用特殊波段的信号,使天宫号的信号能够直接穿越电离层,那么信号在到达地面后,也会直接反射再穿越电离层,还是会被d到无人的太空。根本没法像3-30Mhz的信号一样在地面云电离层之间进行多次反射。
所以,为了实现太空空间站和地面之间的通讯,我们必须想别的方法。基于基站的思路,科学家们提出了“太空基站”的想法,也就是在太空中建设一个能够反射信号的东西,于是“中继卫星”就横空出世了。
地球中继卫星是一种地球静止卫星,这个“静止”是相对的,指它的轨道周期和地球的自转周期完全一致,且随着地球一起公转。中继卫星的运行轨道高度约为36万公里,这样的中继卫星相对地面保持静止,假如我们能够在地面上看到它,你会发现它是悬停在空中一动不动的。
中继卫星上天后,就相当于一个太空基站了。空间站发出特殊波的信号,直接被中继卫星接收,然后被中继卫星反射,这股信号就直接穿越大气层,到达地面基站了。这样就不需要考虑电离层的反射作用了。
如果多部署几颗中继卫星,比如说三颗,保证他们处于同一平面且相邻之间的夹角为120度,那么我们就能保证:在任一时刻,空间站的视野内都至少存在一颗中继卫星。三颗中继卫星之间几乎完全处于真空状态,没有任何遮挡,因此只要一颗中继卫星能看到空间站,就相当于三颗中继卫星都看到了空间站。
同理,对地面信号接收基站而言,它的视角里无时无刻都至少有一颗中继卫星,这就意味着地面基站也能随时和三颗中继卫星保持联系。信号就这样经过中继卫星一中转,就相当于空间站随时随地都能和地面保持通讯了。
当然,为了保证信息的传输速度和稳定,中继卫星的数量肯定不能只发射三颗。目前我国在轨的同步轨道 天链中继卫星 一共有7颗,能够轻松覆盖全轨道,所以地面和空间站之间的通信就能即时传输了。
这七颗天链卫星分别是:
天链一号01星(2008-019A);
天链一号02星(2011-032A);
天链一号03星(2012-040A);
天链一号04星(2016-072A);
天链二号01星(2019-017A);
天链二号05星(2021-063A);
天链二号02星(2021-124A)。
在这种全方位无死角覆盖下,哪怕是最极端折腾的情况,信号从空间站到地面,也只需要两颗中继卫星进行接力。
那有人会说了,这么折腾,延时会不会很明显啊?这点完全不用担心,要知道电磁波本质就是光,传输速度也是光速,一秒就能跑30万千米。
因此,电磁波走完 地面——卫星A——卫星B——空间站——卫星B——卫星A——地面 这个全过程,其实连一秒都不需要。之所以延迟是在秒级,这些时间主要都是信号转化阶段浪费的,如果我们能进一步信号的提高转化效率,那延迟时间能够更短。
因此,我们能够直播天宫课堂,都是依靠科学技术的发展,正是有了这些中继卫星,我们才能实现秒级延迟的,与天宫空间站的无障碍交流。
您好,我国航天测控网络是由地面测控站、航天器和中继卫星组成的。其中,中继卫星是航天测控网络的重要组成部分之一。中继卫星是指具有转发功能的卫星,它可以接收来自地面测控站和航天器的信号,并将其转发给其他地面测控站或航天器。中继卫星的存在可以有效地扩展航天测控网络的覆盖范围和通信能力,提高航天器的数据传输质量和效率。
我国航天测控网络中,中继卫星的发展历程可以追溯到20世纪80年代。目前,我国已经成功研制和发射了多颗中继卫星,如天链一号、天链二号等,它们为我国航天事业的发展提供了重要的支撑和保障。
总之,中继卫星是我国航天测控网络不可或缺的组成部分,它的发展和运用将为我国航天事业的发展注入新的动力。
在中国空间站生活的航天员,他们能用Wi-Fi。
在2021年6月17日9时22分,神舟十二号顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空,此次在“天宫”空间站中三名宇航员如同身处三室一厅,不仅每人一个单间,而且在整个天宫空间站的覆盖了站内局域网,也就是大家说的wifi。
航天员聂海胜告诉大家:“我们具备天地之间随时拨打电话的能力,但不一定随时拨打。在相对空闲的时候,我们会和地面做一些交流,包括向家人问好。我们带的平板电脑可以上网,出舱时候也连着WiFi,当然,都是空间站舱段内部的局域网。”
太空WiFi和地面通信的原理
据悉,空间站核心舱上已经植入了WiFi,这可以大大提高航天员工作生活便利性和舒适度。空间站系统副总设计师朱光辰介绍,核心舱采用的情景照明技术和WiFi通信技术,可以让航天员轻松便捷地使用“手机APP”来控制照明设备开关、查询站上物资存储情况。
通过天地通信链路和视频通话设备,空间站还可以实现与地面的双向视频通话和收发电子邮件。“一般依靠中继卫星来保证空间站和地面24小时不间断的网络连接。美国国家航空航天局、欧空局等都有自己的中继卫星。”中国航天科工二院研究员杨宇光介绍,在我国,空间站和地面通信主要依靠地面测控站、数传接收站和天链中继卫星,其中天链中继卫星能保证不间断通信。
中继卫星也被称为“卫星的卫星”,它可以为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务,为中低轨道遥感、测绘、气象等卫星提供数据中继和测控服务,为航天器发射提供测控支持。
月球背面是指月球的东经120°以北,在一片平原上,只有两个着陆点,即阿波罗登月点和月背的冯·卡门撞击坑。但事实上,在月球正面登陆会面临比登陆地点更大的风险。在这样一个不存在“登月基地”的地方上登陆,可以有效避开地球电磁波波的辐射危害。目前,在美国、俄罗斯等国家已经先后发射了“嫦娥四号”、“嫦娥六号”及中国探测器,均选择月球背面作为着陆地点。
“嫦娥四号”探测器于2018年12月25日由长征三号乙运载火箭发射,搭载“嫦娥四号(Long-I)”探测器,飞行约25万千米至地球与月球之间,完成近月制动和环绕月面、环月飞行、月面采样等任务。自2013年12月12日发射以来,“嫦娥四号”已成功在轨交传数据近400小时(2018年11月11日)。“嫦娥四号”在轨飞行期间经历了月球和地球的中继通信和数据中继两次高潮。探测器通过中继卫星将数据传至地球,并由地面接收端将信息经嫦娥四号返回器发送至正在工作的着陆器上。“嫦娥四号”是我国首次月球探测任务,也是我国开展第二次地外天体采样返回、着陆探测任务的核心型号,可以说“嫦娥四号”承载着中国人的希望与梦想。“嫦娥四号”上搭载了许多我国首次使用的新技术,如:自动驾驶技术、微波测距技术、测控通信新技术、紫外可见光成像仪、月面巡视器自主导航定位与避障控制、无人交会对接系统等等。
2018年12月4日,我国首次月球探测任务“嫦娥六号”发射成功,在太空中留下了中国探月工程的第一抹痕迹。嫦娥六号任务包括软着陆、巡视探测、月面巡视勘察三个部分,其中嫦娥六号落区探测是中国在月球探测领域的一次重大创新突破。探测器于2018年12月4日着陆于月球背面东经116°附近的预选着陆区。它在月面经过约4天的巡视探测后,最终成功着陆月球背面南极洲的冯·卡门撞击坑。这也是中国航天器在月球着陆的首次实现。
2019年12月17日凌晨,我国首次月球探测任务嫦娥四号着陆器和巡视器成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地附近,实现人类在月球正面和背面共采样、共检查的首例。为我国探月工程首次实施无人探测器月球背面软着陆积累了经验。嫦娥四号着陆器于2019年11月24日由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心成功发射升空。这是中国继“嫦娥三号”、”嫦娥五号”和”嫦娥六号”之后完成的第四次月球探测任务,标志着我国已具备开展月球背面及更远深空探测的能力和水平。
嫦娥六局计划在2020年发射升空的探月工程三期,包括:嫦娥六号、嫦娥八号。其中,嫦娥六号主要任务是进行月面巡视探测。根据嫦娥六号着陆器和巡视器之间的通信与对接,预计实现4-5个科学目标。首先实现月球背面的软着陆、巡视探测及着陆器与巡视器之间的通信与对接。其次是实现对月球正面和背面的巡视探测。其中主要的科学目标包括:开展太阳风动力学与等离子体层结构探测及月基光学天文观测;进行月球地质结构探测及月基天文观测;开展月基光学天文观测;开展月球表面岩石物理探测等。
月球背面的地形、地貌和地质特征与地球相似,所以它可以为地球提供许多有用的信息。中国嫦娥四号从月球轨道上的着陆器到地球,再到月球的测控与数据传回,一路走来都受到了地球与空间科学家的高度关注和重视并取得了丰硕的成果。虽然月球背面的着陆器面临着较大的风险和困难,但是我国的嫦娥五号、嫦娥六号和嫦娥七号等探测任务都已经取得了丰硕的成果,未来随着嫦娥五号、六号任务的完成或者将于明年正式完成无人登陆月球以及更远的深空探测,我们就能更加近距离地接触到地球了。
现在,美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段,
正在发展后续系统;欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路
和技术途径。我国正在积极推进研究跟踪与数据卫星系统。
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