20日上午，神十航天員王亞平將在天宮一號上面向中小學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，就是將一些航天器的數(shù)據(jù)接收轉發(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?，絕大多數(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動，速度比地球自轉快很多。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?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，假設為C星。
那么，當?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星轉發(fā)本國地面站(當然也可以直接將數(shù)據(jù)發(fā)往地面站而不經(jīng)過C星轉發(fā))。而當?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。