今天是太空與您相伴的【第1431期】
3月23日下午，“天宮課堂”第二課順利開課。三位“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站在軌示範了多項實驗，并通過視訊通話形式與地面課堂的師生進行實時互動交流。
大家可能經常在航天新聞中看到各個地面指控大廳的螢幕上，有一處被标記為“天鍊”的字樣。而這個标就代表着“天鍊”系列中繼衛星系統正在與航天器進行資料的雙向傳輸。在“天宮課堂”上看見這個标，就代表着它在為精彩的“太空”授課默默地提供着資料中繼保障。
那“天鍊”是什麼？它能發揮什麼作用？讓我們從頭說起！
空間站上的資料要傳輸到地面，就要建立一條通信鍊路。而我們的“天宮”位于距地面400公裡左右的近地軌道上，繞地球一圈的時間大概是90多分鐘。這90分鐘裡，一個地面站隻有2%-3%左右的時間能夠觀測到它并和它對話。
▲楊利偉與家人通話
2003年神舟五号進入太空時，航天員楊利偉曾數次與地面進行通話，但每一次都有着很嚴格的時間視窗限制。10月15日19點58分，楊利偉與家人進行了通話。這通飽含着擔憂與不舍的天地通話，由于技術限制，僅僅持續了4分50秒。
如果想實作更長時間的通話，那就要使用許多不同位置的觀測站、探測船。而且，随着飛船運作位置的變化，還需要這些地面站不斷地進行動态捕獲，操作起來也會消耗大量的人力物力。
為了改變這種現狀，中繼衛星應運而生。北京空間資訊傳輸中心總工程師單長勝向記者介紹，與一般的中低軌衛星不同，中繼衛星在距離赤道上空3萬多公裡的地球靜止軌道上運作。這個軌道的運作周期與地球自轉周期相等，對地面觀測者來說，就像是一座固定的“烽火台”。而且，與地面測控站相比，中繼衛星“站得更高”，自然“看得更遠”，一顆衛星能覆寫約40%的地球面積，僅需要三顆便可實作全球覆寫，有效解決航天器與地面、航天器與航天器之間的資料傳輸問題。
▲2008年4月25日23時35分，大陸首顆資料中繼衛星“天鍊一号01星”在西昌衛星發射中心西昌發射場成功發射。新華社記者 李剛 攝
2008年，中國自己的中繼衛星工程踏上了從無到有的漫漫征途，并有了一個直覺的名字“天鍊”。而在地面操控“天鍊”的北京空間資訊傳輸中心，也為自己起了一個浪漫的代号“天路”，正是他們搭建起了天與地之間的高速通信鍊路。
同年9月27日，航天員翟志剛的那句“我已出艙，感覺良好！”從遙遠太空中的神舟七号艙外傳回地面，這是“天鍊”系列中繼衛星系統在載人航天任務中的“首秀”。
記者了解到，在神舟七号任務中，“天鍊”中繼衛星系統完整準确、高品質地接收和記錄了神舟七号飛行過程中7個圈次、近200分鐘的資料，交出了一份完美的答卷。從那以後，中繼衛星系統在見證大陸載人航天事業發展的同時，也在不斷優化提升，為航天任務提供越來越高品質的服務。
▲3顆天鍊衛星組網運作，正式實作了對中、低軌航天器近100%的軌道覆寫率
2011年7月11日，天鍊一号02星發射升空，标志着大陸中繼衛星系統建設邁入了多星組網運作階段；2012年7月25日，天鍊一号03星發射升空。至此3顆天鍊衛星組網運作，正式實作了對中、低軌航天器近100%的軌道覆寫率，也使大陸成為世界上第二個擁有對中、低軌航天器具備全球覆寫能力的中繼衛星系統的國家。
▲神舟十号載人飛行任務中航天員王亞平進行太空授課
2013年，第一代天鍊衛星完成三星組網後，首次保障習近平總書記與神舟十号航天員進行天地通話。也成功保障了航天員王亞平長達51分鐘的首次太空授課。
▲航天員首次天地同步收看新聞聯播
到了2016年11月的神舟十一号任務時，航天員景海鵬和陳冬在天宮二号實驗艙内與地面同步收看《新聞聯播》，這已經成為33天飛行期裡每天都可以進行的正常活動。此外在天宮二号與神舟十一号載人飛行任務中，“天鍊一号”衛星還為自動交會對接、手控交會對接、飛船撤離、傳回及搜救回收提供了全過程天基測控服務。
▲天和核心艙
正是因為有這項更加成熟的通信保障技術，天地通話的畫面和聲音都更加清晰、更加順暢了。2021年4月29日發射的空間站天和核心艙配置了多路高清錄影機和話音處理器，不僅能全方位、多角度地拍攝太空美景、展現空間站狀态，還能保障航天員實作與地面的雙向高清視訊通話，相應的，也對資料傳輸速率提出了更高要求。
當然，這不是問題。在2021年的神舟十二号任務中，大陸自主研制的第二代中繼衛星“天鍊二号”01星，首次亮相載人航天任務。
▲2021年6月23日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平來到北京航天飛行控制中心，同正在天和核心艙執行任務的神舟十二号航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波親切通話。新華社記者鞠鵬（左圖）、嶽月偉（右圖）攝（拼版照片）
工程師秦銘晨告訴記者，二代中繼衛星系統具備更高速率的傳輸速度、更強能力的多目标支援，太空資料從被地面站接收、傳給北京航天飛行控制中心，到根據不同辨別自動分發，信号的奔走距離近10萬公裡，再加上處理和接收所用的時間，時延僅為秒級。“天路”雖然繁忙，但并不擁堵。
▲北京空間資訊傳輸中心科技工作者
可以說天鍊衛星精準穩定的通訊保障，為人們搭起了一條條天地往返的“資訊天路”，也為一代又一代中國航天員“保駕護航”使吟唱千百年的“天涯若比鄰”成為現實！不管是此時此刻還是未來，“天鍊”中繼衛星系統都将會更好地為這些航天器提供高速、廣域、穩定的天基測控和資料中繼服務，一張通天蓋地的天路資訊網正在向更遠更廣處延伸。