摘要：中继卫星是一种通信卫星，工作于S/Ka或s/Ka/Ku频段，主要用于数据传输，具有数据传输量大的特点，能够有效替代地面测控站的作用，对载人航天器等中低轨道航天器提供数据中继和测控服务并进行跟踪和控制，及时有效地完成对航天器的管理和数据收集工作，使资源卫星、环境

（一）中继卫星

中继卫星是一种通信卫星，工作于S/Ka或s/Ka/Ku频段，主要用于数据传输，具有数据传输量大的特点，能够有效替代地面测控站的作用，对载人航天器等中低轨道航天器提供数据中继和测控服务并进行跟踪和控制，及时有效地完成对航天器的管理和数据收集工作，使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，提高各类卫星使用效益和应急能力。

（二）跟踪与数据中继卫星系统

跟踪与数据中继卫星系统（“中继系统”）是一种为中、低轨道的航天器与航天器、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有很高的经济效益。

美国TDRSS系统：也称为天基网，到2014年底,美国已发射3代共11颗TDRS卫星,TDRSS系统空间部分由地球同步轨道上的10颗在轨中继星组成,在两个站址建设了3个地面终端站,组成了完备的卫星体系。

中国“天链”系统：目前我国已成功研制了两代地球同步轨道数据中继卫星系统，第一代已成功发射天链一号01至05五颗卫星，第二代已成功发射了天链二号01至03三颗卫星。

俄罗斯“射线”系统：拥有多个军用和民用数据中继卫星系统。民用系统又称为“射线”系统，分为东部、中部和西部3个独立的网络。1990年后，俄罗斯开始研制第二代中继卫星，与第一代系统配置、功能基本相同，但只发射了1颗卫星。2009年，俄开始研制第三代中继卫星，到2014年完成3颗卫星部署。第三代系统增加了S频段星间链路和接收格洛纳斯卫星信号的载荷，可实现与格洛纳斯系统的综合扩展应用。

欧空局EDRS系统：由3颗卫星EDRS-A、EDRS-C、EDRS-D和相应地面站组成，是全球首个实用化的空间高速激光中继系统，由两个同步轨道节点及其地面系统组成，两个空间节点其中一个为搭载在欧洲商业通信卫星Eutelsat 9B上的激光通信有效载荷(EDRS-A),另一个是一颗专用数据中继卫星(EDRS-C),两个节点只覆盖欧洲地区。

日本DRTS系统：日本2020年底发射的激光数据中继卫星，具有高可靠、小型化和高数据传输速率的特征，采用光通信与射频通信相结合的方案,使用激光和S/Ka频段与“先进光学卫星冶等低轨侦察卫星进行中继通信。

跟踪与数据中继卫星系统作用：

由于高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，地面测控站跟踪中、低轨道航天器的轨道弧段和通信时间受到限制。跟踪与数据中继卫星的作用，相当于把地面的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，可观测到在近地空间内运行的大部分航天器，实现对中、低轨道航天器85%～100%的轨道覆盖。

图1 中继卫星运行轨道(GEO）

（1）跟踪、测定中、低轨道卫星：通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移信息实现对这些卫星轨道的精确测定。

（2）实时转发遥感、遥测数据：对地观测卫星在飞经未设地面站的上空时，将遥感、遥测信息暂时存贮在中继卫星的记录器里,由中继卫星实时转发下传。

（3）航天飞机和载人飞船的通信和数据传输：地面测控网仅能覆盖15%的近地轨道，通过跟踪和数据中继卫星系统实时传输通信数据可实现航天飞机和载人飞船在85%时间内保持与地面直接通话和实时数据传输。

（4）军事特殊需要：使各类军用的通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制中心摆脱对民用通信网地面站的依赖形成自成一独立的专用系统，更有效地为军事服务。

（三）中继卫星所在地球同步轨道资源

地球同步轨道轨位属于国家层面争夺的战略性稀缺资源,由国际电信联盟（ITU）管理和分配，遵循“先申报先使用”的原则，由国家向ITU申请，公示批准后即可使用；若轨位已被使用，则需通过ITU与使用者协商，在保证频率无冲突、通信有保障的条件下共用轨位。地球同步轨道可总共容纳卫星1800颗，国际电联（ITU）统计目前在轨运行的同步轨道卫星共计522颗，另有登记在册未发射的卫星超过800颗，所以现在地球同步轨道有效轨位资源十分紧张。

（四）各国中继卫星现状

美国目前正发展第三代中继卫星系统，其第一代中继卫星TDRS-1和TDRS-4已离轨报废，其余4颗卫星仍在轨服役，第二代和第三代各3颗卫星均正常运行，共计10颗中继卫星在轨，第二代系统的性能配置与第一代基本相同，星间链路由Ku频段向Ka频段过渡，第三代系统对卫星和地面设施进行了改进升级，卫星采用更先进的卫星平台和推进系统，性能更强大，数据传输速率更高，地面系统进行软硬件更换升级，具备灵活、可扩展、可升级的特征。目前美国已建成世界上在轨应用最广泛、规模最大、系统功能最强的中继卫星系统，主要为中、低轨卫星和国际空间站、飞机、舰船、海洋浮标等用户提供S、Ku和Ka频段中继测控和数传服务。

2022年7月中国天链二号03星发射升空，与天链一号星座、天链二号01、02星协同工作，由此，中国发射中继卫星达到8颗，建成世界上第二个全球覆盖的中继卫星系统。

俄罗斯中继卫星系统目前有3颗第二代“射线”卫星在轨服役，定点于东、中、西3个节点（东经167度，东经95度，西经16度），实现准全球覆盖，用户航天器接入系统日均近百次。

欧空局中继卫星系统由2颗地球同步卫星和地面系统组成，卫星定点于东经9度和东经31度附近，实现区域覆盖，用户航天器接入系统日均数十次。

日本有1颗中继卫星在轨，达到区域覆盖，用户航天器接入系统日均数十次。

（五）高频天基测控技术

高频天基测控可通过天基中继卫星向地面技术人员传输火箭飞行过程的实时遥测数据，对飞行中的火箭进行全程实时测控，有效弥补海洋等测控盲区，是世界航天强国争相研制的新领域。

高频天基测控的频率在20G赫兹以上，数据传输速率可以达到每秒上百兆，是航天测控技术的重大跨越。我国目前采用的Ka频段可获取的火箭数据量是传统S频段天基测控数据传输能力的几十倍甚至上百倍，并且波束宽度能够满足火箭飞行中动态跟踪需求。

未来，采用多天线切换和多星切换策略，还能实现多轨道需求的全程高码率天基测控；采用天基前向链路功能，还可以实现飞行过程中的实时数据加载。

“天链”卫星是由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院(CAST)为主研制的跟踪与数据中继卫星，截至2024年“天链”卫星有8颗在轨，采用东方红-3平台研制，为“神舟”飞船及空间实验室、空间站，以及中、低轨道资源卫星等航天器提供数据中继服务，实现航天测控覆盖率近100%。

2008年4月，我国首颗数据中继卫星天链一号01星成功发射；2011年7月，天链一号02星的成功发射；2012年7月，天链一号03星成功发射，天链一号实现三星在轨组网工作，三颗卫星分别在非洲、印度洋、太平洋上空对低轨用户航天器实现了近100%的覆盖；2016年12月，天链一号04星成功发射，接替超期服役的01星；2021年7月，天链一号05星成功发射，我国第一代数据中继卫星系统研制圆满收官。2019年3月天链二号01星发射成功，我国中继卫星系统迈出了升级换代的第一步；2021年12月，天链二号02星成功发射，该卫星可工作在不同轨位，具有较强的轨道适应能力，提升了卫星在轨的机动性和灵活性；2022年7月，天链二号03星成功发射，我国第二代数据中继卫星系统完成了三星组网的建设。

“鹊桥”是嫦娥四号月球探测器的中继卫星，是中国首颗、也是世界首颗地球轨道外专用中继通信卫星，于2018年5月21日在西昌卫星发射中心由长征四号丙运载火箭发射升空。作为地月通讯和数据中转站，“鹊桥”可以实时的把在月面背面着陆的嫦娥四号探测器发出的科学数据第一时间传回地球。

图3 “鹊桥”中继卫星运行轨道

来源：永不落的红黑心