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太空直播授课意味着什么?

2018-07-06 13:00 来源:80后整理 网友评论 0

近日,中国女航天员王亚平,在太进行了一场别开生面的课。通过实验和讲解,让身在地球的人们了解到太的各物理现象和相关知识。有趣的是,在这场长达40分钟的太空直播过程中,画面里全程显示出“天链”的字眼。

那么,天链到底是什么东西?

天链有什么用?

天链系统是由3颗卫星组成的一套中继卫星网络。有媒体报道称,中继卫星是用来中继地面和天空之间的通讯联系。实际上,中继卫星的主要功能并非是这个,那是普通通讯卫星所要解决的问题。中继卫星是用于解决太卫星或者空间站之间的通讯的,同时还具备跟踪中低轨道卫星运行轨迹的能力。

以这次太空直播授课为例,在王亚平讲课的过程中,空间站也在高速运动(每秒7.9公里)。在40分钟的讲解过程中,王亚平已经绕了地球将近半圈。在中国的地面观测站已经无法与之取得联系,因为王亚平已经在地球的另外一边。此时,需要一个通讯中继站去继续传播信号。这个通讯中继站,要不在王亚平正下方的地球上,要不在王亚平的上方。

天链卫星是在王亚平上方的那个通讯中继站。天链卫星获得数据之后,再将其回传到地面的观测平台。这是为何在直播画面中经常切换出“远望”、“西昌”的字眼。实际上,这代表了接受天链信号的地面站信息。

中继卫星先进吗?

在太空授课完成之后,网络上流行一说法,认为这显示出中国极为强大的太空技术水平和战略威慑力。谈到天链卫星的技术时,一些评论员盛赞其测角精度达到了0.06度,加工精度达到了误差只有0.1毫米。显然,此类评论低估了航天技术的发展水平。

以0.06度这个测角精度来说,仅仅为1个密位的测量精度。这是什么概念呢?现代步兵狙击步枪的精度已经达到了0.016度,也是1个角分的精度。如果仅有1个密位的水平,卫星的测角精度是谈不上高的。

另外,在大航海时代,船舶已经广泛应用天体测量仪器六分仪。这仪器主要是为了在没有卫星定位的年代,通过测量自身和太星体的位置来进行定位的一仪器,现在仍然是航海中常见的辅助定位器材。

一台普通的六分仪的测角精度达到多少呢?1个角秒,也是1个角分的60分之一,即便是大航海时代的六分仪也能达到一个角分。显然,一个密位的测角精度根本谈不上“极高”,甚至连高都算不上。

至于加工精度误差达到0.1毫米,更是一个非常可笑的数字。从工艺的角度来说,0.1毫米的加工精度仅仅相当于1丝米,很多熟手技工用手都能加工出精度达到1丝米的零件。目前,航天工艺对精度的要求已经达到了纳米级别(1丝米的10万分之一),丝米级别的精度连及格线都算不上。

还有一些评论认为,天链卫星是一静止轨道卫星,高度达到35000公里以上。进入这么高的轨道,需要很强的技术水平。实际果真如此吗?

中国的第一颗静止轨道通讯卫星是在1984年4月8日发射的,命名为“东方红二号”。也是说,早在30年前,中国已经掌握了发射卫星进入静止轨道的技术。发射静止轨道卫星,连填补国内空白都算不上。

当然,技术上的创新并非没有,中继卫星确实解决了卫星之间通讯的问题。同时,由于静止轨道处于外太空,卫星在这个高度可能遭遇到的宇宙辐射和各电磁波非常复杂,必须有较强的抗干扰能力和通讯保护。由于天链卫星还承担了观测低轨道卫星的工作,因此具备了一定的太空侦察能力。

然而,这些技术基本属于成熟技术,与中国的其他航天成相比并不突出。

中继卫星好在哪里?

既然在技术上天链谈不上先进,那么为何中继卫星会如此重要呢?

现在仅有中国和美国具备完整的太继卫星网(6颗)。也是说,在轨道的至少有3颗卫星,每颗可以覆盖120度的平面角,这样才能进行全天全时无缝卫星间通讯。俄罗斯也有至少两颗在轨道,高峰期曾经有4颗,但是其卫星寿命较短,因此堪用的应该仅有两颗。欧洲和日本也有中继卫星,但是不足以组成中继网络。

中继卫星又有“卫星的卫星”之称,实际上是一服务于卫星、太空船或空间站之间通讯的殊卫星。也是说,一个国家如果没有足够多的卫星,或者没有空间站的话,根本没必要制造和发射这卫星。

事实上,美国直到上世纪80年代才开始发射中继卫星。三十多年过去了,中继卫星的总数也仅有两代共计9颗卫星,所有中继卫星的数量加起来仅有20-25颗。而与之功能类似的通讯卫星达到300颗以上,仅美国有上百颗通讯卫星。两者数量相差悬殊是必然的,现在卫星和空间站等航天器之间的通讯总量很低,根本不需要太多中继卫星能满足需求。

通讯卫星则主要服务于地面点对点的通讯或者点对面的广播。如果数量太少,则无法满足日益增加的商业需求。如果太空间通讯量增加,甚至开始星际探索,那么中继卫星的数量必然也会增加。

由此可见,只有真正的航天大国才需要这用于太通讯的中继卫星。普通的航天活动,由于没有太多的太空通讯中继需求,完全没有必要发射这卫星。从这点来看,天链系统实际上是中国迈入航天大国俱乐部的象征,系统本身的技术和战略价值并没有坊间说的那么大。天链只是中国航天发展历史上必须翻开的一页,值得自豪。

各国中继卫星

美国 反导武器发展的幕后功臣

美军的照相侦察卫星“锁眼”卫星系列,其型号为K H-11、 K H-12。它们是当今世界比较先进的照相侦察卫星。在几场局部战争,别是在海湾战争和科索沃战争中,它们大出风头,为美军提供了极为精准的实时情报。“锁眼”系列具有超强的夜视、变轨、情报获取、处理以及高分辨率的点。中继卫星能够为锁眼提供双向实时的数据中继支持。

经过多年不懈努力,备受美国空军推崇的天基红外系统(SBIRS)在2011年正式投入使用。首颗为地球同步轨道卫星GEO-1红外侦察卫星,主要用于侦察对美国本土构成威胁的弹道导弹发射,并且能够给反导弹武器提供跟踪支持。而这些都有赖于中继卫星的服务支持。为了加强这方面的支持,美国还意发射了用于极地上空的SDS军用数据卫星。中继卫星可谓美国反导武器发展的幕后功臣。

日本和欧洲 找回远空无人飞船

日本和欧洲的中继卫星走联合发展之路。日本发射了两枚实用型DRTS中继卫星,而欧洲则采用EDRSS中继卫星。这两套系统可以在S波段进行双向数据中继。也是说,日欧的中继卫星可以同时服务于各自的卫星,或者其他航天器。日本的远空无人飞船“隼鸟”号在与地面失去联系的过程中,中继卫星起到了很大的作用。最终,“隼鸟”号重新获得控制,DRTS和欧洲的EDRSS功不可没。

俄罗斯 提供实时图像信息

俄罗斯的POTOK军用中继卫星系统,主要服务于其侦察卫星系统Araks,能够提供实时的图像信息。早在冷战时期,为了对抗美军的航母战斗群,苏联研发了一套专门的海洋监视卫星系统。该系统的别之处,在于除了常规卫星之外,还有核动力卫星。而这些也都依赖于军用中继卫星的数据支持。

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