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來源：互聯網

中繼衛星，全稱跟蹤與數據中繼衛星（英文名：Tracking and 數據 Relay Satellite，簡稱：TDRS），是裝設有跟蹤和通信轉發設備的地球同步靜止軌道衛星。也被稱為“衛星的衛星”“太空交警”“太空二傳手”。

1983年4月4日，美國挑戰者號航天飛機發射了第一顆跟蹤與數據中繼衛星（TDRS-1），開創了天基測控新時代；1995年起，美國航空航天局（NASA）開始計劃發射三顆更先進的第二代TDRS——高級跟蹤與數據中繼衛星系統（ATDRSS）；2003年，中國立項并啟動天鏈一號中繼衛星系統工程；2008年4月25日，天鏈一號01星在西昌衛星發射中心成功發射，意味著中國中低軌航天器開始擁有天上的數據“中轉站”；2011年9月，俄羅斯第二代“魚叉”中繼衛星的首顆星發射成功，用于取代原來的“噴泉”衛星；2013年1月30日，NASA發射了第三代TDRS的首顆衛星TDRS—K；2016年開始，歐洲航天局發射部署第二代中繼衛星；2020年，日本發射第二顆數據中繼衛星，直接跨入光通信階段；2024年3月20日8時31分，鵲橋二號中繼星在中國文昌航天發射場成功發射升空。2025年3月26日，中國在西昌衛星發射中心使用長征三號乙運載火箭，成功將中繼衛星天鏈二號04星發射升空。

中繼衛星作為一種特殊用途的通信衛星，主要用于提供低軌航天器與地面控制中心的數據中繼、連續跟蹤與軌道測控服務，擴大航天器與地面控制中心的信息交互時長，實現資源衛星、環境衛星等數據的實時下傳，提高各類衛星使用效益和應急能力等。中繼衛星具有全軌道連續覆蓋，全天候數據收集高速率數據傳輸能力，是大型空間系統的重要組成部分，可為各類航天器提供良好的測控和通信手段。

歷史沿革

國際

美國

1964年，美國航天測控專家麥卡恩提出了利用地球同步靜止軌道衛星的轉發功能進行測控的新概念。經過多年研究、研制和試驗，1983年4月4日，美國挑戰者號航天飛機發射了第一顆跟蹤與數據中繼衛星（TDRS-1），星上同時采用S、C和Ku三個頻段，也開創了天基測控新時代。它與另8顆TDRS衛星一道幫助實現與航天飛機等近地軌道航天器的通信。它消除了印度洋上空的通信盲區，實現了對航天飛機和其它低軌衛星的完全覆蓋。1991、1993年和1995年美國又分別發射了TDRS-5、6、7。第一代TDRS衛星全部發射完畢，該系統具有了在軌運行和軌道備份能力，真正完成其組網過程。1995年起，美國航空航天局（NASA）開始計劃發射三顆更先進的第二代TDRS—高級跟蹤與數據中繼衛星系統（ATDRSS）。

2000年6月30日20時56分，一枚宇宙神-2A運載火箭成功地發射了價值3.95億美元的首顆第二代TDRS：TDRS-H。2002年3月8日和12月5日，美國又先后成功發射第二顆、第三顆第二代TDRS，即TDRS-I.J。

2013年1月30日，美國航空航天局發射了第三代TDRS的首顆衛星TDRS-K（入軌后編號改為TDRS-11），并于2014年1月24日發射了TDRS-L（TDRS-12），第三顆衛星TDRS-M于2017年底發射。

截至2023年，美國第一代中繼衛星TDRS-1和TDRS-4已離軌報廢，其余4顆衛星仍在軌服役，第二代和第三代各3顆衛星均正常運行，共計10顆中繼衛星在軌，建成了世界上系統最完備、應用規模最大的中繼衛星體系，實現了全球覆蓋，用戶航天器接入系統日均近千次。

俄羅斯

俄羅斯（含前蘇聯時期）從1982-2000年總共發射了10顆“急流”系統軍用中繼衛星，此系統中的衛星稱為“噴泉”（Geizer），同時還發展了多個民用數據中繼衛星系統。2011年9月，俄羅斯第二代“魚叉”中繼衛星的首顆星發射成功，用于取代原來的“噴泉”衛星，到2014年間相繼發射了“Luch-5B”和“Luch-5V”兩顆衛星。第三代研制計劃暫停。截至2023年，俄羅斯中繼衛星系統有3顆第二代“射線”衛星在軌服役，定點于東、中、西3個節點（東經167度，東經95度，西經16度），實現準全球覆蓋，用戶航天器接入系統日均近百次。?

歐洲

歐洲航天局于1989年決定發展數據中繼衛星，以試驗型衛星阿蒂米斯中繼衛星（Artemis）為起點，分兩步走以達到實用水平。但由于1992年11月，歐空局部長會議批準的長遠規劃對載人航天作了重大調整，“使神號”小型航天飛機、有人照料自由飛行器被取消，由此直接引發了DRS計劃的削減，2顆衛星的計劃只準備研制1顆。1993年以后。國際空間站發展出現轉機。同時出于對歐洲空間技術發展的長遠考慮，歐空局又決定恢復DRS計劃，1999年發射第一顆中繼衛星，2003年發射第二顆中繼衛星。2008年11月，歐空局部長會議批準了新一代中繼衛星計劃，即歐洲數據中繼衛星系統（EDRS）計劃，根據最新計劃，EDRS將由2顆EDRS衛星（即EDRS—A、EDRS.B）構成。2016年開始，歐空局發射部署第二代中繼衛星。其中，EDRS-A衛星配置2副單址天線，分別提供激光和Ka頻段星間通信鏈路，激光返向數據傳輸速率最高達1.8吉比特/秒，Ka頻段返向最高達300兆比特/秒；EDRS-C衛星只有激光通信終端，指標與EDRS-A衛星相同。

日本

1993年，日本決定將其三步走的發展步驟變為四步走的發展策略，前三步為試驗階段：第一步是利用工程試驗衛星6（ETS-6）進行試驗，1994年8月發射；第二步是利用通信工程試驗衛星（COMETS）進行試驗，1998年發射失敗；第三步是利用光學軌道間通信工程試驗衛星（OICETS）進行試驗，2005年發射；第四步是發射2顆實用型跟蹤與數據中繼衛星，2002年9月10日，成功發射了“數據中繼試驗衛星”（DRTS）。2015年1月9日，日本公布了“新版國家航天開發基本計劃”，把“激光數據中繼衛星”正式列人其中。2020年，日本發射第二顆數據中繼衛星，直接跨入光通信階段，采用光通信與射頻通信相結合方案，聯合使用激光和S、Ka頻段，與“先進光學衛星”等低軌偵察衛星共同建立中繼鏈路，激光通信速率達到1.8吉比特/秒。

中國

2003年，中國立項并啟動天鏈一號中繼衛星系統工程。2008年4月25日，天鏈一號01星在西昌衛星發射中心成功發射，意味著中國中低軌航天器開始擁有天上的數據“中轉站”。天鏈一號01星發射后，神舟七號飛船的測控覆蓋率從18%提高到了50%。

2011年和2012年，隨著天鏈一號02星、天鏈一號03星先后成功發射，實現三星在軌組網工作，中國成為繼美國之后第二個擁有全球覆蓋能力中繼衛星系統的國家。2016年12月，中國發射天鏈一號04星接替了超期服役的01星。

2018年5月21日5時28分，中國在西昌衛星發射中心用長征四號丙運載火箭，成功將探月工程嫦娥四號任務“鵲橋”號中繼星發射升空。“鵲橋”號中繼星是世界首顆運行于地月拉格朗日L2點的通信衛星。2019年3月31日23時51分，天鏈二號01星在西昌衛星發射中心成功發射。這是中國第二代地球同步軌道數據中繼衛星的首發星。2021年12月，中國天鏈二號02星發射升空，與天鏈一號星座、天鏈二號01星協同工作，由此，中國發射中繼衛星達到7顆，建成世界上第二個全球覆蓋的中繼衛星系統。

2022年7月13日凌晨，由中國航天科技集團有限公司一院抓總研制的長征三號乙運載火箭托舉天鏈二號03星在西昌衛星發射中心點火升空，將衛星精準送入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。中國第二代地球同步軌道數據中繼衛星系統正式建成，天基測控與數據中繼能力大大提升。

2024年3月17日，探月工程四期鵲橋二號和長征八號遙三運載火箭在中國文昌航天發射場完成技術區相關工作，星箭組合體垂直轉運至發射區。同年3月20日8時31分，鵲橋二號中繼星在中國文昌航天發射場成功發射升空。

2025年3月26日23時55分，中國在西昌衛星發射中心使用長征三號乙運載火箭，成功將天鏈二號04星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。該衛星是中國第二代地球同步軌道數據中繼衛星，主要用于為飛船、空間站等載人航天器提供數據中繼和測控服務，為中、低軌道資源衛星提供數據中繼和測控服務，為航天器發射提供測控支持。

2025年4月27日，中國在西昌衛星發射中心使用長征三號乙運載火箭，成功將天鏈二號05星發射升空，衛星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。

核心組成

跟蹤與數據中繼衛星形體的結構一般包括跟蹤、遙測、遙控以及能源、推進動力和姿態控制等分系統。

典型的中繼衛星系統包括中繼衛星、地面站終端和用戶航天器，用戶航天器將遙測、話音及業務數據等經過中繼天線發往中繼衛星，中繼衛星接收后，轉發至地面站終端，由地面站對信息進行射頻解調、解碼處理，經過地面鏈路或衛星通信鏈路發往航天測控中心或其他地面終端用戶。航天測控中心或其他地面終端用戶若需向用戶航天器發送遙控指令等上行數據，首先發送給地面站終端，由地面站終端進行收集，再由地面站終端發往中繼衛星，中繼衛星轉發至用戶航天器。

主要用途

中繼衛星是一種“雙肩挑”衛星，主要用途有兩個，一是轉發地面站對低中軌道航天器的跟蹤測控信號；二是中繼從航天器發回地面信息的通信衛星，其作用相當于地面長途無線電通信的微波接力站和衛星測控站。

關鍵技術

激光通信技術

激光通信技術被美國航空航天局視為能改變游戲規劃的技術，可以成倍提高數據傳輸速率，緩解射頻頻譜的局限。由于通信光束很細，干擾和攔截困難，具有較好的對抗性，但缺點是易受大氣和天氣的影響，因此激光通信技術在深空通信中應用前景良好。目前，由于技術發展水平和成熟度的限制，激光通信技術距離實際應用還有差距，但是各個國家和地區都非常重視激光技術的研究和發展，而歐洲的激光通信技術目處于世界領先地位。

軟件無線電及組網技術

2013年4月，美國航空航天局利用發射到空間站上的“通信、導航、組網可重構試驗臺冶（傳播學 Navi-gation and Networking Reconfigurable Testbed，CoN-NeCT）與TDRS-K衛星進行了軟件無線電通信及DTN組網實驗。在LLCD試驗中也進行了激光DTN組網試驗。2013年，JAXA與NASA合作利用DTRS及其地面終端進行了雨衰情況下的DTN通信試驗。

多址技術與組陣技術

近幾年來，美國不斷改進中繼系統的多址技術。中繼系統需址系統（DAS）利用中繼衛星多址天線、地面波束形成和擴頻調制，按需為天基和地基用戶提供返向通信鏈路，無需通過業務調度就能每天24h發送遙測和科學數據。現在的需址系統是2004年安裝的，設備和技術都已過時。美國航空航天局研究了一個采用數字技術、以太網/IP組網技術、軟件無線電等新技術以及低成本COTS組件而形成的增強型DAS方案，消除了對硬件資源的限制，其性能僅受多址用戶產生的自干擾的限制。需址技術還支持中繼衛星組陣，以提高信號增益。

網絡安全技術

隨著空間對抗威脅日益加劇，測控網的網絡安全技術也提上日程。美國航空航天局2015年針對中繼系統可能受到的網絡攻擊提出建立一個安全恢復系統，在受到攻擊時能重建安全的網絡通信。具體做法是在全國設立幾十個指定站，每個站內用一副接收天線和一部衛星接收機建立一個固定或移動的應急地面站；在白沙綜合站內的安全位置設立一個應急控制中心，保存用戶的密鑰信息。

關聯系統

跟蹤與數據中繼衛星系統（Trackingand 數據 Relay Satel-lite System，簡稱TDRSS）是為中、低軌道的航天器與航天器之間、航天器與地面站之間提供數據中繼、連續跟蹤與軌道測控服務的系統，簡稱中繼系統。

在中繼衛星系統中，從地面站經中繼衛星到用戶航天器的鏈路稱為前向鏈路，從用戶航天器經中繼衛星到地面站的鏈路稱為返回鏈路。在中繼衛星系統的前向鏈路中，地面要發向用戶航天器的指令、數據、話音、電視等信息，在地面終端站匯集，調制到Ku頻段鏈路上發向中繼衛星。通過中繼衛星以S、Ku或Ka頻段轉發給相應的用戶航天器。返回鏈路中，中、低軌道上用戶航天器要發向地面的遙測數據、探測數據、話音和電視等信息，經S、Ku或Ka頻段星間鏈路發向中繼衛星，中繼衛星接收后，經變頻以Ku頻段將其轉發到地面終端站。在地面終端站進行射頻解調與解碼處理，視頻數據以原始格式通過國內通信衛星鏈路或其他寬帶鏈路送至地面最終用戶。

應用場景

航天器發射和運行

在航天器發射過程中，可以利用中繼衛星對運載火箭進行天基測控。在軌航天器通過前向鏈路將地面的指令轉發給用戶星，進行天基實時測控，增強地面系統對航天器的控制，并通過返向鏈路把用戶星的遙測、載荷數據以及測定軌數據轉發給地面應用中心。中繼衛星的出現，極大地改變了在軌航天器的使用與工作效能。例如中繼衛星協同偵察衛星工作，能夠將衛星的偵察情報快速回傳至地面控制中心，從而實現實時監控和打擊敵方目標；中繼衛星協同預警衛星，通過返向鏈路傳輸目標信息，能縮短預警時間，大幅提高導彈攔截的成功率。

載人航天

在載人航天中，中繼衛星不僅發揮著天基測控與實時傳輸的作用，在應急救生中也發揮著重要作用J。為了使地面任務指揮控制中心及時了解航天員信息，并與返回艙中的航天員進行通信，只須在載人飛船返回艙上安裝中繼衛星終端設備，與中繼衛星系統、地面任務指揮控制中心形成雙向鏈路，就能完成返回艙內航天員與地面任務指揮控制中心間的話音通信及關鍵生理數據傳輸任務。返回艙應急著陸后，安裝的中繼終端即向中繼衛星發送由返回艙一中繼衛星一地面指控中心的返向鏈路信號，同時建立由地面指控中心一中繼衛星一返回艙的前向鏈路。雙向鏈路建立后，航天員關鍵生理參數即可傳回指控中心，航天員與指控中心就能夠進行呼叫通信，盡快地完成搜救與回收。

巡航導彈

根據作戰任務需求，中繼衛星系統與巡航導彈結合，能夠實時為巡航導彈提供最新攻擊目標信息傳輸，動態選擇攻擊目標，提高攻擊精度。隨著巡航導彈技術的不斷進步，傳統的測控保障方式已經無法滿足其要求：巡航導彈傳輸的圖像信息量不斷增大，實時性和傳輸速率要求也相應提高；測控飛機的速度遠小于后續發展的超聲速巡航導彈，已無法對其進行測控；多枚導彈同時需要測控的時候，普通衛星不具備提供多目標的動態跟蹤能力。相應的中繼衛星系統覆蓋范圍廣、傳輸速率高、測定軌、多目標跟蹤動態能力強，對于巡航導彈不斷發展的測控要求都一一實現。

偵察打擊一體化無人機

美國軍隊發展的偵察打擊一體化無人機已經徹底改變了現代戰爭的作戰方式，一方面，它能夠達到“發現即摧毀”的作戰效果，另一方面，無需人員直接參與戰斗，能夠實現人員的零傷亡。而對“偵打一體化無人機”的控制，以及對實時戰況的偵察情況就需要通過中繼衛星來進行傳遞。中繼衛星的大容量快速傳輸能夠為無人機提供實時信息轉發，將無人機偵察到的大量視頻和圖像數據傳回地面應用中心，同時將控制中心的指令發送到無人機，實現人員在千里之外參與戰爭，并且進行打擊效果的評估。據報道，美國在阿富汗已經多次利用中繼衛星控制捕食者無人機，對恐怖分子進行偵察追蹤和攻擊。