美女太空授課，航天員太空吃播，展示中國強大的全球作戰實力

6月24日是聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員進駐中國空間站的第7天。航天員的工作狀態是什麼樣的？在太空吃什麼？大家期待的直播終於來了。我們看到航天員湯洪波一邊用電腦工作，，一邊全方位地直播吃蘋果。這是中國人首次在太空進行吃播。有些激動的網友，強烈建議航天員開通直播打賞，沒準三個月就能賺回一艘神舟十二號。

執行這次神舟十二號任務的三名航天員，需要在軌三個月的太空工作和生活，每一位航天員都配備了一部智慧手機、平板電腦，膝上型電腦，他們可以隨時正常地接打電話，進行網路影片，資料訊號傳輸速率與我們在地面幾乎沒有區別，這是中國空間站的一個首創。

在6月23日，北京航天飛行控制中心，同神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波還進行了天地通話。央視新聞的畫面顯示，航天員的影片細膩清晰，語音清脆響亮。在地面與三名航天員的持續對話中，天地對話的語音延遲只有不到1秒鐘，而且畫面清晰，毫無干擾，通訊保障達到世界最先水平。

那麼，這場中國北京和400公里外太空之間的對話，是如何實現的呢？

航天員直播吃水果，看似是很簡單的一項活動，但鮮為人知的是，這需要非常強大的航天測控能力在背後支援，特別是全球資料跟蹤與中繼衛星的支援。這是中國航天全球作戰實力的體現。

中國空間站的軌道高度為390多公里，繞地球執行一圈的時間約為90分鐘左右。如果天地對話完全由地面控制站傳輸訊號，那麼沒等航天員說幾句話，空間站就飛出地面測控區了。

類似的情況早在8年就經歷過。在2013年6月20日，神舟十號載人飛船的美女航天員王亞平在天宮一號空間站上，進行了我國首次太空授課。此次太空授課歷時50分鐘。由於神舟天宮組合體執行在距離地面大約340公里的高度，一個多小時就能繞地球一圈。從上課開始到結束，這期間神舟天宮組合體已經圍繞地球飛行了半圈多。

如果想完全依靠地面中繼，需要在全球其他國家均勻建設大型測控站，這是中國辦不到的，美國也辦不到。如果要保持不間斷的訊號通聯，理論上需要佈設100多個站點均勻分佈在地球表面，這在經濟上、政治上都是不可能的。

而海上航天測控船隻適合臨時部署，用於航天發射，不能夠執行日常任務。因此需要使用位於高軌道的中繼衛星來完成訊號的跟蹤和中繼傳輸。

能進行如此長時間、大容量、穩定的天地通訊，主要依靠三顆天鏈中繼衛星來保障。完成這些天地通話、太空授課和太空直播，需要中國空間站、天鏈中繼衛星和地面站三者共同參與，形成一條“天地線路”。“天地通話”高畫質晰度和低延時讓人印象深刻，網路訊號“槓槓的”。

擁有TDRSS中繼衛星還不夠，還需要一個完整的太空訊號中繼系統，至少要3顆中繼衛星和相應地面配套系統才行，這是一個航天強國的絕對標誌。

中繼衛星執行在36000公里高度的地球同步靜止軌道上，分佈均勻的3顆中繼衛星就可以基本實現對200-1200公里軌道高度的航天器的全覆蓋。相較於地面和海上測控，資料中繼衛星具有覆蓋面積廣、實時性高、經濟性好等優點。

TDRSS中繼衛星的最實際效益，是可以組成實時衛星偵察系統。使用數字影象的傳輸型偵察衛星，多位於200~300公里的低軌道，不使用膠片，而是CCD掃瞄成像型遙感器拍攝地面影象，轉換成數字訊號，透過位於地球同步靜止軌道的資料中繼衛星接力傳輸，再由中繼衛星轉發至地面控制站，就可實現全球不間斷的實時偵察，這對軍事戰略具有重大意義，是能夠改變戰爭程序的武器裝備。

舉個例子，可以透過實時衛星偵察系統，隨時偵察遠離本土的某個熱點地區，譬如美國總統是否真的去了某個山莊度假，他的車隊開到哪裡了，這在以前是奢望。

TDRSS資料中繼衛星是個好東西，但研製起來的技術難度卻相當大。美國在1983年才擁有了資料中繼衛星。

資料中繼衛星需要克服的第一個技術難關，是對在軌航天器的精確捕獲和穩定跟蹤。由於中繼衛星的執行高度是36000公里，而低軌航天器的高度僅為數百公里，這距離非常遠。而資料、語音、影片或高解析度影象又需要進行高速資料傳輸。因此中繼衛星與低軌航天器之間需要採用增益高、波束極窄的Ku/Ka波段天線進行通訊。這就對天線跟蹤精度提出了極高要求，要達到0。06度的水平。

之所以叫做資料跟蹤與中繼衛星，是因為這種的天線要處於複雜的變速運動狀態，在轉動速度、加速度和角度上都沒有規律，天線的機械驅動機構不僅要求精度極高，而且要求可靠性極高，能在惡劣工作環境下長時間穩定執行，製造難度很大。

TDRSS中繼衛星都配備大型拋物面通訊天線，其尺寸要儘可能大，為了保持跟蹤精度，天線拋物面精度的要求也非常高。數米直徑拋物面天線的形面誤差要低於0。1毫米，並要在太空高溫差條件下長期保持這樣的精度，其難度可想而知。

美國和蘇聯在80年代首先各自建設了中繼衛星系統，蘇聯解體以後，俄羅斯沒有能力繼續承擔衛星的研製和發射，有十幾年時間俄羅斯的中繼衛星訊號不能覆蓋全球，每天只有2。5小時的天地通話時間。以至於國際空間站的俄方訊號傳輸需要借用美國的中繼衛星，這種通訊中繼服務是收費的，而且非常昂貴，而且要看美國人臉色。直到2019年俄羅斯完成新一代衛星的發射。才終止了借用美國衛星的協議。

我國在2008年首次發射“天鏈一號”資料中繼衛星01星，在2011年發射了“天鏈一號”02星，在2012年發射了“天鏈一號”03星，由此建立了完全獨立自主的第一代資料中繼衛星系統。天鏈一號的作用還不僅限於為飛船和空間站服務，還可以為中低軌道的各類民用遙感衛星、軍用偵察衛星提供測控、資料中繼服務，對國民經濟、國防建設均有巨大的促進作用。

資料中繼衛星可以稱得上是當今技術含量最高的通訊衛星，是航天技術象牙塔上的王冠。目前世界上只有中美俄擁有自己的完整不間斷的全球覆蓋的中繼衛星系統。而歐盟、印度和日本都是2顆星，半套，不能夠實現全球覆蓋。