2008年4月25日23時(shí)35分，首星“天鏈一號(hào)01星”，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭發(fā)射，成功應(yīng)用于神舟七號(hào)載人航天飛行任務(wù)，將“神舟”飛船的測(cè)控覆蓋率從12%提高到40%以上。
2011年7月11日23時(shí)41分，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，將“天鏈一號(hào)02星”送入太空，神州飛船測(cè)控的軌道覆蓋率提高到70%以上。2012年6月16日晚，當(dāng)“神舟九號(hào)”飛船運(yùn)行至第2圈，測(cè)控人員遙控天鏈01/02兩顆中繼衛(wèi)星對(duì)飛船實(shí)施捕獲跟蹤，建立了星間雙向通信鏈路。衛(wèi)星傳回了飛船軌道艙的實(shí)時(shí)畫(huà)面。大屏幕上，3名航天員的一舉一動(dòng)、一顰一笑清晰展現(xiàn)。
01和02星的出場(chǎng)，看起來(lái)好像只是為了神舟和天宮系列飛行器測(cè)控做鋪墊，在這場(chǎng)航天大戲中，天鏈傳輸衛(wèi)星像一個(gè)接力手，更像是一個(gè)跑龍?zhí)椎拇畧?chǎng)角色，而且還是一個(gè)近乎于在后臺(tái)的龍?zhí)?mdash;—在中國(guó)宇航員和神州飛船的耀眼光芒下，天鏈衛(wèi)星的故事很少有人知道。在幾個(gè)小時(shí)的神州飛船發(fā)射電視直播節(jié)目中，只有衛(wèi)星管控總調(diào)度員的三句口令——“天路跟蹤準(zhǔn)備正常，星間天線(xiàn)回掃開(kāi)始!”、“ 01星成功捕獲神舟九號(hào)!前返向鏈路已建立!”、“ 02星成功捕獲神舟九號(hào)!前返向鏈路已建立!”，讓我們隱約的看到了天鏈劃過(guò)天際的一絲身影。
2012年7月25日天鏈一號(hào)03升空
神九返回落幕之后大約1個(gè)月后，即2012年7月25日， 天鏈一號(hào)03星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在軌驗(yàn)證和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，03星與01星、02星實(shí)現(xiàn)了全球組網(wǎng)運(yùn)行，中國(guó)由此正式建成第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，并在航天領(lǐng)域愈來(lái)愈顯現(xiàn)出其獨(dú)特而深遠(yuǎn)的作用。
我第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)建成
最近，在央視對(duì)神十發(fā)射的直播中，屏幕右上角常會(huì)出現(xiàn)"天鏈"字眼，這是表示當(dāng)時(shí)的視頻信號(hào)來(lái)自"天鏈一號(hào)"數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)。而"濱海"、"南亞"、"喀什"和"遠(yuǎn)望"等字眼則分別表示東非肯尼亞的馬林迪測(cè)控站、南亞巴基斯坦的卡拉奇測(cè)控站、中國(guó)新疆的喀什測(cè)控站和海上的遠(yuǎn)望系列測(cè)控船。
與普通通信衛(wèi)星相比，數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星需要克服的第一個(gè)技術(shù)難題是對(duì)航天器的捕獲和跟蹤。中繼衛(wèi)星運(yùn)行高度是36000公里，低軌航天器的高度僅為數(shù)百公里，距離非常遠(yuǎn);而視頻、高質(zhì)量靜態(tài)圖像又需要高速數(shù)據(jù)傳輸，中繼衛(wèi)星與低軌航天器之間需要采用增益高、波束極窄的Ku/Ka波段天線(xiàn)進(jìn)行通訊。通訊距離遠(yuǎn)、通訊波束窄，這就對(duì)跟蹤精度提出了極高要求，要達(dá)到0.06度。
中繼衛(wèi)星為了與眾多中低軌道衛(wèi)星通信，天線(xiàn)處于復(fù)雜的變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在轉(zhuǎn)動(dòng)速度、加速度和角度上都沒(méi)有規(guī)律，天線(xiàn)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅要精度高，而且要求在惡劣工作環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，制造難度很大。同樣麻煩的還有天線(xiàn)與衛(wèi)星的振動(dòng)耦合問(wèn)題，非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)不規(guī)律的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)，對(duì)衛(wèi)星本體姿態(tài)控制也有很復(fù)雜的影響，對(duì)衛(wèi)星控制也提出了很大的挑戰(zhàn)。而天線(xiàn)制造本身也是一個(gè)難題，高數(shù)據(jù)傳輸速率要求高增益天線(xiàn)，通俗地說(shuō)，中繼衛(wèi)星的拋物面通信天線(xiàn)尺寸要盡可能的大。同時(shí)，Ku/Ka波段波長(zhǎng)小，對(duì)天線(xiàn)拋物面精度要求也非常高。數(shù)米直徑的拋物面天線(xiàn)整體形面誤差要低于0.1毫米，并且要在外太空高溫差條件下長(zhǎng)期保持這樣的精度，其難度可想而知。
所以，數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星可以稱(chēng)得上是當(dāng)今技術(shù)含量最高的通訊衛(wèi)星。我國(guó)在去年完成第一代"天鏈一號(hào)"數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星體系的建設(shè)，進(jìn)行“太空授課”實(shí)則是對(duì)自己航天測(cè)控實(shí)力的一次展示。