第760期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《太空“天链”》
讲座题目：透视新科技——太空“天链”
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：詹克强，中国航天科技集团五院通信与导航卫星总体部副总指挥。
陈 宏，中国电信集团卫星通信有限公司技术总师。
讲座时间：2026年4月13日～4月19日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——太空“天链”
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。就在前不久，我国的航天员们在太空给地面的小朋友做了一堂太空直播课，对于网络授课我们都非常熟悉了，那太空授课是怎么做到的？它需要一个重要的媒介，那就是天链卫星。那天链卫星是什么？它还能做什么呢？我们通过短片进入今天的节目。你们好！2022年3月23日天宫第二课在中国空间站开讲，航天员王亚平、翟志刚、叶光富在近45分钟的直播授课中，与全国中小学生密切互动，共同实验。这是中国第三次开展如此长时间的天地通信，而在最初执行航天任务时，天地通信对我国还是一大难题。早在2003年，我国航天员杨利伟执行飞行任务时，全程共绕地球14圈，每圈90分钟，而能与地球通话的时间却仅有10分钟。也正是这一年，为实现中低轨航天器与地球间实时无间断地天地通信，天链系列卫星正式立项，从10分钟到50分钟。空间站与地球间的无障碍通信正是因为有“天链”的保驾护航，那么天链卫星到底是如何实现天地持续通信的？除了太空授课，天链卫星还能为我们带来什么？我们首先给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国航天科技集团五院通信与导航卫星总体部副总指挥詹克强，欢迎您！另外一位是中国电信集团卫星通信有限公司技术总师陈宏，欢迎您！
天链卫星到底是什么？天链卫星就是我们一般叫中继卫星，中继一般实际上就是用在通信这里面比较多，也就是说它是一类比较特殊的通信卫星，它特殊在哪儿呢？它主要就是给卫星和航天器进行通讯的服务，它的轨道位置是36000公里，我们叫地球静止轨道，它的最大的特点就是站得高、看得远，就可以对于我们这些低轨运行的航天器，我们一般叫低轨叫200到2000千米，中轨是2000到20000千米，那对于比它低的这些卫星，能提供时间更长，覆盖的范围更广的这么一个通讯的一个服务。我们经常看到的航天员的天地通话，还有太空授课，基本上都是通过天链，这个中继卫星来进行通讯的服务。
中继星到底是做什么的？我们为什么需要它？卫星是绕着地球转的，一圈90分钟。那么，如果它要把它的这些信息传回来，如果我们在地面布设这个站，就我们叫接收站或者叫地面站。就是如果要连续地传比较长的时间，那需要上百个站，咱们地球是陆地少、海洋多，那这样不仅仅在陆地布站，可能还需要在海上面布一些站。这个难度太大了，难度大，成本也高。成本也高？对，那这样的话，就是人们就想到另外一种方法，就是刚才说的，我们能不能在站得高，看得远，利用这种效果来把这些信息能传回来。地球因为是圆的，刚才也说了，我们地面站实际上是覆盖率不够的，在测控站看不见的地方，我们通过站得高，看得远的中继星，把它数据收上来，然后再通过我这个中继星下传到地面，这样的话实际上就是有效地，而且极大地扩大了我们这个整个对中低轨卫星的这个测控的，包括数据传输的这个时间。然后利用中继星的话，其实还是我们一颗星，就一颗中继星，我们对大概200到2000公里覆盖率就能提高到50%左右，就是说我这一圈儿一般来讲是90分钟左右，那么我们就大概能传到40多分钟到50分钟。
天链，天之链这个名字有什么特别的寓意吗？天是空间，链是空间的链条，我们天链的作用，因为它本身是中继卫星，它就把空间的飞行器的信息通过天链链接到地面上来，所以起这个名字其实还是比较既有这个字面的意思，也符合我们实际的作用。中国航天人实际上有很多这个航天器的起名，实际上是中国的传统文化里面来的，看空间站叫天宫，嫦娥（系列），嫦娥卫星，这是我们中国人有嫦娥探月的这个传说。玉兔，这个月球车，我们要这个上九天揽月，我觉得中国航天人还是，既严肃，也有自己的这个浪漫小追求。中国航天人的浪漫？是结合我们的传统文化，然后把我们一些传统的东西，放到太空里面去，写上中国人的印记。为了能在载人飞行中全程保持与航天员无间断通信，科学家们制造出了一类中继卫星。天链就是中国的中继卫星，它最主要的任务是为空间站等载人航天器提供数据中继和测控服务。例如天地通话、太空授课、交会对接、出舱活动等重要任务的通信，都是以天链中继卫星为主来完成的。中国从2003年正式开始天链卫星的研制工作，9年后的2012年，天链一号完成三星组网，至此，我国也成为了世界上第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。不过，天链卫星位于36000千米的轨道中，而载人航天器位于距离地球400千米的近地轨道。如此遥远的距离下，天链卫星究竟是如何保障载人航天器与地球间的通信？实现太空授课又会面临哪些困难呢？
在这个太空授课过程当中，天链卫星到底它做了哪些工作？实际上我们这个中继星，在服务天宫授课的时候，就每一次授课大概是用了两颗中继星。实际上我们有一个特点，就是因为我们海外的站很少，我们大部分的站在中国自己的领土上布这个测控站。基于这个情况，利用我们中国这个东西比较辽阔的幅员特点，所以我们当时在规划的时候就把我们叫轨位，就是东边、西边和国土的中间分别规划了几个轨位，然后我们在太空授课（的时候），实际上我们是从西边，它是从西边开始转过来，我们能看得见，然后一直到东边，再到了地球那一边去，在西边的时候，我们有西边的中继星，我们叫西区，然后在东边的时候，我们叫东区。然后在中间的时候，实际上我们是这边西区和中区都能够得着，然后这样的话，我们用两颗中继星，实际上就完美地实现了太空授课的整个过程。实际上我们目前为止，就是天链系列的卫星给空间站的服务，实际上我们从目前来讲，原理上就是准的24小时，百分之百的可见。
跟我们网络授课比较起来，这个太空授课到底难度有多大？我就举个例子，就是36000公里是什么概念？就是36000公里，我要看400公里的一个航天器，咱们地球的半径是6378.14公里，就是我把三个地球连起来，我在地球的那一头放上我们的中继卫星，然后在另外一头放上我们的空间站，这个空间站还不是静止的，它是高速运动的，速度是7.8公里每秒，这么快的一个速度，我能一直跟着它，而且传输的数据量还很大，它不是咱们简单的。比如说打个电话这种，可能速率就是几百兆，我要同时下载好多部这个高清的电影，能这么连续地45分钟以上，能连续地把它给传回来，这个要求就是技术上难度就是比较大。实际的我们从现在用的效果来看，效果非常好，那么一方面我们是多星组网，多颗中继卫星给它提供服务，这样服务的时间就远远地超过了这个50分钟，甚至更长的时间都可以。这中间都没有卡顿？没有卡顿，无缝衔接。就真像面对面授课一样？对，对于中继星来讲，为什么选36000（千米）的高度，实际上我们一个是因为站得高、看得远，还有一个就是也是解决我们36000（千米），我们叫地球静止轨道。地球静止轨道，它是跟着地球的这个自转速度是一样的，那么我们在地面上来看，卫星是悬在我们头顶上的，实际上是相对静止不动的。那么对于这样卫星来讲，就是我们在管理和数传的时候就是管理中继星，和我们数据往下传和往上传的时候就比较容易。就是它的控制是最方便的？对，因为它相对固定不动。
地球的静止轨道是指卫星垂直于地球赤道上方的正圆形地球同步轨道，在这个轨道上，卫星运行的方向和周期与地球完全一样。当人们抬头看着这颗36000千米之外的卫星时，它在天上仿佛是静止不动的，但其实它正以极高的速度围绕地球同步转动，并要克服大气扰动、电离层干扰、宇宙噪声和数百，甚至数万公里无限超长传输距离等困难，某一个环节出现问题都会导致传输画面延迟、卡顿、失真，还有可能会在屏幕上出现“小雪花”、变形画面或马赛克画面，面对这些问题，中国天链正在逐渐克服。从2003年，中国只能借助其他国家的测控站让杨利伟与地面短暂通话，到2013年，神舟十号航天员首次完成51分钟无间断的太空授课，如今神舟十四号航天员已经可以在太空实时观看问天实验舱发射现场的直播，“太空出差”与地面站的联系再也不是问题，从梦想到现实，道阻且长。
天链卫星是如何一步步实现如今的成绩呢？目前我们轨道上运行的这个天链（卫）星总共有几颗？是这样，就是我们天链系列的中继卫星，是随着中国载人工程逐步开展，是开始立项，进入立项阶段，进入工程研制的，我们第一颗中继星是叫天链一号01星，这是2003年正式立项开始研制，然后2008年打了第一颗中继星，奥运会之前打上去的。我们2008年打的第一颗星，然后就截止到今年（2022年），我们在轨实际上是我们发射了8颗中继星，就天链一号大概是打了5颗，就从天链一号01星到天链一号05星，天链二号是从2019年打了第一颗星，然后去年（2021年）打了一颗星，然后前段时间（2022年）7月13号的凌晨又打了天链二号03星，所以我们到目前为止应该是发射了8颗中继星。
中国的中继星是经历了一个多长的，多么艰难的一（条）路，才达到这个结果？到今年（2022年）的话，基本上将近20年，20年走过两代，说句实话，真的是跟养孩子一样，你像天链一号，当时我们是做了大概5年左右，当时在第一次执行神舟七号任务的时候，我们很多的同事和领导都很激动，因为舱内的画面，那三个宇航员的画面传回的时候是像高清的电影一样。然后，大家确实当时我也见到现场有很多领导都激动地落泪了。然后，天链二号01星，因为技术难度比较大，我们还是费了很大的功夫。然后，我们做了大概八、九年，这20年来，其实我们中国航天事业的技术发展和跨越，其实在呈现一种加速的状态。天链二号03星，我这次刚从基地回来，从西昌回来，就是最后在卫星合整流罩之前，我就跟我们实验队说你们多看一眼吧，你养大的姑娘要出嫁了，以后想看就很难了，我们只能通过数据来看了，所以每一次这个卫星的研制和发射，包括执行任务的时候，其实我们都有，应该说是满满的收获。
你们创造的科技产品之间是有情感的？我记得印象最深的第一次中继卫星给神舟七号，当时提供服务，特别是出舱那一段，因为在神舟七号任务执行之前，因为也就是两三个月前，就是中继星刚发射不久，虽然我们地面做了很多的这个模拟的（实）验，我们觉得应该没有问题，但是毕竟是第一次执行一个这么非常重要的一个任务，而且是航天员出舱，所以我们当时还是既紧张又兴奋。到任务现场，因为当时我们都在现场，现场看到航天员出舱，翟志刚出舱的那一刻，舱门打开的那一刻，又想到我们从中继卫星的研制、试验到在轨的管理，到任务的执行，这中间就是一路走过来好多个日夜。当时确实是百感交集，就是我们最真切的感受叫什么呢？叫让梦想一步步变成了现实。2003年，为配合载人飞行的通信需求，天链卫星正式立项，经过5年的苦心研制，天链一号01星终于在2008年4月成功发射。中国地球同步轨道数据中继卫星，实现了从无到有的飞跃，2011年，2012年，天链一号02星和03星相继发射，三星组网，我国第一代数据中继星系统成功建成。随着中国航天事业的快速发展，航天器的种类和数量日益增多，除了保证载人航天器的天地通信，天链中继卫星还需要为中低轨道资源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。在这些即将进行的任务中，单靠天链一号已无法满足航天器数据传输的需求，研制传输速率更快、传输量更大的中继卫星迫在眉睫。
2011年天链二号启动立项论证，2019年天链二号01星的成功发射，拉开了天链卫星更新迭代的序幕。2022年7月13日，天链二号03星顺利升空，并与之前发射的天链二号01星和02星成功组网，至此我国第二代数据中继星系统组网完成。从立项到发射历时八年，站在天链一号的肩膀上，凝聚着两代人的心血，天链二号都有哪些提升呢？天链二号跟一号比，这个提升体现在哪些方面？其实最主要的在两个方面，第一个传输的数据速率更高了，第二个就是我能服务的这个卫星的目标的数量更多了，打个比方就是相当于原来我天链一（号）的时候，只有一条高速通路，还限速，可能就80迈（英里每小时）大概这样。但我天链二号，就是相当于是把这个高速路的数量给扩了，实际上是两个高速车道，完了以后，这个限速不是原来的80（英里每小时）了，能行驶的最高速率更快可以120（英里每小时）甚至更高，然后不仅仅是高速的这个通道的数量增加了，我还多了个辅路，这个辅路里面，不仅仅能跑汽车，还能跑这个自行车，这个是什么意思呢？就是因为它每一个低轨卫星，它的业务的类型不一样，它所需要传输的数据的速率也是不一样的。那有些可能需要上百兆的这种传输的速率，有些可能就需要几兆或者是几兆不到，它就可以了，这样的话就是天链二号给更多的卫星，更多类型的卫星提供了选择。
作为中继卫星来讲，实际上它最难的地方就是我怎么在两个高速的空间运动目标之间能相互指准，能把数据能传回来。那么在一代的时候，我们当时实际上在这个星间的这一块的那个天线，实际上是固面的，因为这个当时那个是解决有无的问题。那么在二代的话，我们当时基于东方红4号的平台的话，后来我们在做方案的时候，是决定采用这种大型的伞状可展开的天线，来实现我们对用户目标的跟踪和捕获，然后进行数传。这个大型伞状可展开天线应该是我们中继卫星系统里面，应该碰到最难的技术问题，因为这里面它主要有几个原因，第一个就是因为这个伞，因为像雨伞一样嘛，在发射之前我要收起来装在卫星上。那么，星箭分离到入轨了以后，我要把伞打开，那么打开的话，我们实际上是对这个伞来讲，我们是要有几级的这个动作。比如说，第一级我要把整个伞抬起来，就是从卫星本体往上抬，就相当于是这样。我先是这样收的，先这么抬起来，然后第二步呢，我要把这个伞，从那个架子上要竖起来，是这样竖起来。第三步我要把这个伞撑开，另外一个就是我这个伞，因为它每次收拢展开，收拢展开，因为它又传了比较高的速率，那么对它这个展开之后的这个伞的我们叫平面度要求很高，这么就从微信平台来讲，我们平台升级了，然后带来的就是我的有效载荷能力提升了，服务能力和灵活性，还有因为载荷提升了以后，我服务的数量和范围都比一代有了比较大的提升。
使用寿命上这一块的话，因为东三（平台）和东四（平台）它本身的平台的寿命，就有一个比较大的变化。天链一号01星到现在为止已经14年了吧，其实还在轨，还在运行。天链二号的话，因为东四平台这里相对于天链一号的话应该，从寿命上来讲，应该有成倍的增加。随着航天科技的不断发展，天链卫星研制平台从东方红三号变为了东方红四号，平台的更迭让天链二号的寿命和载荷能力都有了成倍的增长，负责传输信号的天线也由固面变为了伞状，由一幅变为了两幅。这就意味着天链二号可以服务更多的用户，同时也拥有了更高的传输速率，可以传输和处理更多的数据，那么这些成绩的提升对普通人来说到底意味着什么呢？这与我们的生活，有什么样的关系吗？那这些卫星（中继卫星）给我们普通人到底会带来哪些生活上的这些福利呢？中继卫星实际上给我们带来的应用还是比较多的，最直接的就是，例如我们现在都讲智慧城市、城市体检是什么概念呢？就是我们现在各个城市都会建大量的地铁，那么地铁建完了以后，那么实际上或多或少对地质是有影响的。那么这个地质它到底是不是有异常的变动，下沉的高度是不是有点多？那这样的话就是一般来讲会通过遥感的卫星，那么获取这些数据。
那么这些数据一般来说，就可以通过中继卫星来传回来，那么它就能获得比较充分的一些数据进行相应的处理，我们就能知道地铁建完了以后，相应的这个土质的变化，高度有没有异常，包括像有一些城市里面的危楼，那么它有没有这个比较异常的这些下降，这样的话，对于城市管理者，提供比较好的一个决策的一个依据。第二个就是从未来技术的发展，地面现在是5G，后面6G，6G里面有一个很大的一个特点，就是通信和感知一体，就是我们用手机都很清楚。比如说我能实时地打电话，然后拍照是可以知道周围的环境，那么我们有没有想过，例如说我现在不是拿手机去拍照，我可以是通过卫星，我现在在北京，那我可以通过卫星，我可以知道比如我老家，我是江苏的，江苏的某一个地方，它到底发生了什么事儿，它的这个环境是怎么样的？我在媒体上见过，说你家门前的那条街道上，有没有停一辆自行车？对，这样就把感知的范围，从我们周边那么扩展到可能是地球的任意一个角落。不出门知天下？对，通信真正地做到这个通信感知一体化，你无论在什么地方，就是您刚才说了能知晓天下事。这是科技给我们带来的？对，科技给我们带来的这个便利。而这个中继星起到了重要的作用？对。
如今，天链中继星的应用范围愈发广泛，它能迅速反馈遥感卫星监控到的城市隐患，也能及时传递气象卫星提前预知的极端天气。如果说中国的气象卫星、国土遥感卫星是优秀的巡逻兵，那么中继卫星就是巡逻兵与指挥部间传递信息的烽火台，只有将巡逻兵的信息快速传回指挥部，才能尽早发现和避免各种危险情况的发生，未来中继卫星还将继续深入我们生活的方方面面，默默守护着我们。那说到未来，我们国家这个天链系列当中，中继星还会有什么样的发展，未来还会又给我们带来哪些惊喜？根据国际的这种趋势来看的话，就是激光技术的发展，越来越趋于成熟。激光技术的使用也可能会被列上日程，就是说我们会传得更高、更快，还有一个就是我们可能会选择更多的轨道，就是我们现在是静止轨道，覆盖地面的话，静止轨道还是有一些这个缺漏的地方。比如说我们的南北极，那么如果考虑了将来南北极的这种科考的需求，或者是将来海洋运输的需求，或者是其他方面的需求，那么我们可能会考虑，比如说可以覆盖北极的，南极和北极的这些轨道，新的这种轨道的类型的卫星。就是会有盲区是吧？对，它实际上是覆盖不全的，而且原理上来讲，基本上想完全覆盖北极的话，静止轨道是很难。还有一个的话就是，现在单星之间，中继星和中继星之间，目前是不互联的，那么随着将来的发展的话，我们可能会组成网络，就是把我们的中继卫星系统结合国家的发展战略需求，然后建成一个真正互通互联的高速通道。
中继卫星真的联网的时候，会给我们应用上又带来哪些惊喜？我记得苏联的一个科学家叫齐奥尔科夫斯基，他说过，地球是人类生活的摇篮，但是人类不可能永远生活在这个摇篮里，也就是我们未来的发展方向肯定是星辰大海。现在国外也有太空旅游，我们可以设想一下这个场景，我们做了一个航天器，然后在里面可以实时地和地面的家人进行通话，然后可以把太空的一些非常漂亮的这些景色可以实时地传回来，这样的话甚至可以直播带货，其实都可以。其实我们还有走向深空，走向我们将来的行星探测，包括将来的这个空间采矿。那么随着我们的这个人类的飞行器，往深空走得更远，那么它的信息包括对它的飞行控制，它的传输链路，实际上需要有更多的更好的中继星来实现我的整个信息的回传，那这样的话，就是我们人类走向星辰大海的旅途会更远，而且应该说我们的这个信息包括这个可能性会更多。往深了拓展了去看，其实我们觉得这个第四次工业革命之后，人类探索（宇宙）空间的步伐会越来越快，而且我们确实不应该止步于地球。当然中继星只是其中的一个支撑，我们会有更多的新技术和新的这个科技发现，那么这样的话，就是我们人类走向星辰大海的旅途会更远。感谢两位给我们在节目当中来讲述这个天链卫星的故事！好，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多节目内容，可以下载央视频，收看我们以往的节目。我是胜春，咱们今天的节目就到这儿了，下期节目再见。
