中继卫星

中继卫星，全称跟踪与数据中继卫星（英文名：Tracking and 数据 Relay Satellite，简称：TDRS），是装设有跟踪和通信转发设备的地球同步静止轨道卫星。也被称为“卫星的卫星”“太空交警”“太空二传手”。

1983年4月4日，美国挑战者号航天飞机发射了第一颗跟踪与数据中继卫星（TDRS-1），开创了天基测控新时代； 1995年起，美国航空航天局（NASA）开始计划发射三颗更先进的第二代TDRS——高级跟踪与数据中继卫星系统（ATDRSS）； 2003年，中国立项并启动天链一号中继卫星系统工程； 2008年4月25日，天链一号01星在西昌卫星发射中心成功发射，意味着中国中低轨航天器开始拥有天上的数据“中转站”； 2011年9月，俄罗斯第二代“ 鱼叉 ”中继卫星的首颗星发射成功，用于取代原来的“ 喷泉 ”卫星； 2013年1月30日，NASA发射了第三代TDRS的首颗卫星TDRS—K； 2016年开始，欧洲航天局发射部署第二代中继卫星； 2020年，日本发射第二颗数据中继卫星，直接跨入光通信阶段； 2024年3月20日8时31分，鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空。 2025年3月26日，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中继卫星天链二号04星发射升空。

中继卫星作为一种特殊用途的通信卫星，主要用于提供低轨航天器与地面控制中心的数据中继、连续跟踪与轨道测控服务，扩大航天器与地面控制中心的信息交互时长，实现资源卫星、环境卫星等数据的实时下传，提高各类卫星使用效益和应急能力等。中继卫星具有全轨道连续覆盖，全天候数据收集高速率数据传输能力，是大型空间系统的重要组成部分，可为各类航天器提供良好的测控和通信手段。

历史沿革

国际

美国

1964年，美国航天测控专家麦卡恩提出了利用地球同步静止轨道卫星的转发功能进行测控的新概念。经过多年研究、研制和试验，1983年4月4日，美国挑战者号航天飞机发射了第一颗跟踪与数据中继卫星（TDRS-1），星上同时采用S、C和Ku三个频段，也开创了天基测控新时代。它与另8颗TDRS 卫星一道帮助实现与航天飞机等近地轨道航天器的通信。它消除了印度洋上空的通信盲区，实现了对航天飞机和其它低轨卫星的完全覆盖。 1991、1993年和1995年美国又分别发射了TDRS-5、6、7。第一代TDRS卫星全部发射完毕，该系统具有了在轨运行和轨道备份能力，真正完成其组网过程。 1995年起，美国航空航天局（NASA）开始计划发射三颗更先进的第二代TDRS—高级跟踪与数据中继卫星系统（ATDRSS）。

2000年6月30日20时56分，一枚宇宙神-2A运载火箭成功地发射了价值3.95亿美元的首颗第二代TDRS：TDRS-H。2002年3月8日和12月5日，美国又先后成功发射第二颗、第三颗第二代TDRS，即TDRS-I.J。

2013年1月30日，美国航空航天局发射了第三代TDRS的首颗卫星TDRS-K（入轨后编号改为TDRS-11），并于2014年1月24日发射了TDRS-L（TDRS-12），第三颗卫星TDRS-M于2017年底发射。

截至2023年，美国第一代中继卫星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，建成了世界上系统最完备、应用规模最大的中继卫星体系，实现了全球覆盖，用户航天器接入系统日均近千次。

俄罗斯

俄罗斯（含前苏联时期）从1982-2000年总共发射了10颗“急流”系统军用中继卫星，此系统中的卫星称为“ 喷泉 ”（Geizer），同时还发展了多个民用数据中继卫星系统。2011年9月，俄罗斯第二代“ 鱼叉 ”中继卫星的首颗星发射成功，用于取代原来的“喷泉”卫星，到2014年间相继发射了“ Luch-5B ”和“ Luch-5V ”两颗卫星。第三代研制计划暂停。截至2023年，俄罗斯中继卫星系统有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。

欧洲

欧洲航天局于1989年决定发展数据中继卫星，以试验型卫星阿蒂米斯中继卫星（Artemis）为起点，分两步走以达到实用水平。但由于1992年11月，欧空局部长会议批准的长远规划对载人航天作了重大调整， “使神号”小型航天飞机、有人照料自由飞行器被取消，由此直接引发了DRS计划的削减，2颗卫星的计划只准备研制1颗。 1993年以后。国际空间站发展出现转机。同时出于对欧洲空间技术发展的长远考虑，欧空局又决定恢复DRS计划，1999年发射第一颗中继卫星，2003年发射第二颗中继卫星。 2008年11月，欧空局部长会议批准了新一代中继卫星计划，即欧洲数据中继卫星系统（EDRS）计划，根据最新计划，EDRS将由2颗EDRS卫星（即 EDRS—A 、 EDRS.B ）构成。 2016年开始，欧空局发射部署第二代中继卫星。其中，EDRS-A 卫星配置2副单址天线，分别提供激光和Ka频段星间通信链路，激光返向数据传输速率最高达1.8吉比特/秒，Ka频段返向最高达300兆比特/秒； EDRS-C 卫星只有激光通信终端，指标与EDRS-A卫星相同。

日本

1993年，日本决定将其三步走的发展步骤变为四步走的发展策略，前三步为试验阶段：第一步是利用工程试验卫星6（ETS-6）进行试验，1994年8月发射；第二步是利用通信工程试验卫星（COMETS）进行试验，1998年发射失败；第三步是利用光学轨道间通信工程试验卫星（OICETS）进行试验，2005年发射；第四步是发射2颗实用型跟踪与数据中继卫星，2002年9月10日，成功发射了“ 数据中继试验卫星 ”（DRTS）。2015年1月9日，日本公布了“新版国家航天开发基本计划”，把“激光数据中继卫星”正式列人其中。 2020年，日本发射第二颗数据中继卫星，直接跨入光通信阶段，采用光通信与射频通信相结合方案，联合使用激光和S、Ka频段，与“先进光学卫星”等低轨侦察卫星共同建立中继链路，激光通信速率达到1.8吉比特/秒。

中国

2003年，中国立项并启动天链一号中继卫星系统工程。 2008年4月25日，天链一号01星在西昌卫星发射中心成功发射，意味着中国中低轨航天器开始拥有天上的数据“中转站”。天链一号01星发射后，神舟七号飞船的测控覆盖率从18%提高到了50%。

2011年和2012年，随着天链一号02星、天链一号03星先后成功发射，实现三星在轨组网工作，中国成为继美国之后第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。2016年12月，中国发射天链一号04星接替了超期服役的01星。

2018年5月21日5时28分，中国在西昌卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将探月工程嫦娥四号任务 “鹊桥”号中继星发射升空。“鹊桥”号中继星是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星。 2019年3月31日23时51分，天链二号01星在西昌卫星发射中心成功发射。这是中国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首发星。 2021年12月，中国天链二号02星发射升空，与天链一号星座、天链二号01星协同工作，由此，中国发射中继卫星达到7颗，建成世界上第二个全球覆盖的中继卫星系统。

2022年7月13日凌晨，由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制的长征三号乙运载火箭托举天链二号03星在西昌卫星发射中心点火升空，将卫星精准送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。中国第二代地球同步轨道数据中继卫星系统正式建成，天基测控与数据中继能力大大提升。

2024年3月17日，探月工程四期鹊桥二号和长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场完成技术区相关工作，星箭组合体垂直转运至发射区。同年3月20日8时31分，鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空。

2025年3月26日23时55分，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将天链二号04星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。该卫星是中国第二代地球同步轨道数据中继卫星，主要用于为飞船、空间站等载人航天器提供数据中继和测控服务，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。

2025年4月27日，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将天链二号05星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。

核心组成

跟踪与数据中继卫星形体的结构一般包括跟踪、遥测、遥控以及能源、推进动力和姿态控制等分系统。

典型的中继卫星系统包括中继卫星、地面站终端和用户航天器，用户航天器将遥测、话音及业务数据等经过中继天线发往中继卫星，中继卫星接收后，转发至地面站终端，由地面站对信息进行射频解调、解码处理，经过地面链路或卫星通信链路发往航天测控中心或其他地面终端用户。航天测控中心或其他地面终端用户若需向用户航天器发送遥控指令等上行数据，首先发送给地面站终端，由地面站终端进行收集，再由地面站终端发往中继卫星，中继卫星转发至用户航天器。

主要用途

中继卫星是一种“双肩挑”卫星，主要用途有两个，一是转发地面站对低中轨道航天器的跟踪测控信号；二是中继从航天器发回地面信息的通信卫星，其作用相当于地面长途无线电通信的微波接力站和卫星测控站。

关键技术

激光通信技术

激光通信技术被美国航空航天局视为能改变游戏规划的技术，可以成倍提高数据传输速率，缓解射频频谱的局限。由于通信光束很细，干扰和拦截困难，具有较好的对抗性，但缺点是易受大气和天气的影响，因此激光通信技术在深空通信中应用前景良好。目前，由于技术发展水平和成熟度的限制，激光通信技术距离实际应用还有差距，但是各个国家和地区都非常重视激光技术的研究和发展，而欧洲的激光通信技术目处于世界领先地位。

软件无线电及组网技术

2013年4月，美国航空航天局利用发射到空间站上的“通信、导航、组网可重构试验台冶（传播学 Navi-gation and Networking Reconfigurable Testbed，CoN-NeCT）与TDRS-K卫星进行了软件无线电通信及DTN组网实验。在LLCD试验中也进行了激光 DTN组网试验。2013年， JAXA 与NASA合作利用DTRS及其地面终端进行了雨衰情况下的DTN通信试验。

多址技术与组阵技术

近几年来，美国不断改进中继系统的多址技术。中继系统需址系统（DAS）利用中继卫星多址天线、地面波束形成和扩频调制，按需为天基和地基用户提供返向通信链路，无需通过业务调度就能每天24h发送遥测和科学数据。现在的需址系统是2004年安装的，设备和技术都已过时。美国航空航天局研究了一个采用数字技术、以太网 /IP组网技术、软件无线电等新技术以及低成本COTS组件而形成的增强型DAS方案，消除了对硬件资源的限制，其性能仅受多址用户产生的自干扰的限制。需址技术还支持中继卫星组阵，以提高信号增益。

网络安全技术

随着空间对抗威胁日益加剧，测控网的网络安全技术也提上日程。美国航空航天局 2015年针对中继系统可能受到的网络攻击提出建立一个安全恢复系统，在受到攻击时能重建安全的网络通信。具体做法是在全国设立几十个指定站，每个站内用一副接收天线和一部卫星接收机建立一个固定或移动的应急地面站；在白沙综合站内的安全位置设立一个应急控制中心，保存用户的密钥信息。

关联系统

跟踪与数据中继卫星系统（Trackingand 数据 Relay Satel-lite System，简称TDRSS）是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨道测控服务的系统，简称中继系统。

在中继卫星系统中，从地面站经中继卫星到用户航天器的链路称为前向链路，从用户航天器经中继卫星到地面站的链路称为返回链路。在中继卫星系统的前向链路中，地面要发向用户航天器的指令、数据、话音、电视等信息，在地面终端站汇集，调制到Ku频段链路上发向中继卫星。通过中继卫星以S、Ku或Ka频段转发给相应的用户航天器。返回链路中，中、低轨道上用户航天器要发向地面的遥测数据、探测数据、话音和电视等信息，经S、Ku或Ka频段星间链路发向中继卫星，中继卫星接收后，经变频以Ku频段将其转发到地面终端站。在地面终端站进行射频解调与解码处理，视频数据以原始格式通过国内通信卫星链路或其他宽带链路送至地面最终用户。

应用场景

航天器发射和运行

在航天器发射过程中，可以利用中继卫星对运载火箭进行天基测控。在轨航天器通过前向链路将地面的指令转发给用户星，进行天基实时测控，增强地面系统对航天器的控制，并通过返向链路把用户星的遥测、载荷数据以及测定轨数据转发给地面应用中心。中继卫星的出现，极大地改变了在轨航天器的使用与工作效能。例如中继卫星协同侦察卫星工作，能够将卫星的侦察情报快速回传至地面控制中心，从而实现实时监控和打击敌方目标；中继卫星协同预警卫星，通过返向链路传输目标信息，能缩短预警时间，大幅提高导弹拦截的成功率。

载人航天

在载人航天中，中继卫星不仅发挥着天基测控与实时传输的作用，在应急救生中也发挥着重要作用J。为了使地面任务指挥控制中心及时了解航天员信息，并与返回舱中的航天员进行通信，只须在载人飞船返回舱上安装中继卫星终端设备，与中继卫星系统、地面任务指挥控制中心形成双向链路，就能完成返回舱内航天员与地面任务指挥控制中心间的话音通信及关键生理数据传输任务。返回舱应急着陆后，安装的中继终端即向中继卫星发送由返回舱一中继卫星一地面指控中心的返向链路信号，同时建立由地面指控中心一中继卫星一返回舱的前向链路。双向链路建立后，航天员关键生理参数即可传回指控中心，航天员与指控中心就能够进行呼叫通信，尽快地完成搜救与回收。

巡航导弹

根据作战任务需求，中继卫星系统与巡航导弹结合，能够实时为巡航导弹提供最新攻击目标信息传输，动态选择攻击目标，提高攻击精度。随着巡航导弹技术的不断进步，传统的测控保障方式已经无法满足其要求：巡航导弹传输的图像信息量不断增大，实时性和传输速率要求也相应提高；测控飞机的速度远小于后续发展的超声速巡航导弹，已无法对其进行测控；多枚导弹同时需要测控的时候，普通卫星不具备提供多目标的动态跟踪能力。相应的中继卫星系统覆盖范围广、传输速率高、测定轨、多目标跟踪动态能力强，对于巡航导弹不断发展的测控要求都一一实现。

侦察打击一体化无人机

美国军队发展的侦察打击一体化无人机已经彻底改变了现代战争的作战方式，一方面，它能够达到“发现即摧毁”的作战效果，另一方面，无需人员直接参与战斗，能够实现人员的零伤亡。而对“侦打一体化无人机”的控制，以及对实时战况的侦察情况就需要通过中继卫星来进行传递。中继卫星的大容量快速传输能够为无人机提供实时信息转发，将无人机侦察到的大量视频和图像数据传回地面应用中心，同时将控制中心的指令发送到无人机，实现人员在千里之外参与战争，并且进行打击效果的评估。据报道，美国在阿富汗已经多次利用中继卫星控制捕食者无人机，对恐怖分子进行侦察追踪和攻击。

发展趋势

技术

下一代中继卫星技术面向的是更高速的新时代。尽管美国航空航天局与欧洲航天局在发展第二代中继卫星的思路并不相同，但在下一代中继卫星中，两者都瞄准了未来10年的 “潜力股”——光通信技术。而美国麻省理工学院、 JPL 和NASA在这一领域已经做出了卓越的努力和尝试，只是在产业化上尚欠火候。

商业

无论是美国航空航天局还是欧洲航天局，在中继卫星领域都提出了用公私合营伙伴模式，进行了商业化的探索；而 Addvalue 、 NSL 、 Audacy 等私营企业，更是瞄着商业中继卫星服务市场去大胆尝试和开拓。所以几乎可以确定，未来的中继卫星业务会形成商业化的大环境。

应用

归根结底，通信中继卫星的本质还是通信卫星，因此许多中继卫星在通信的应用上进行了拓展，而许多通信卫星则在中继的应用上进行了开发。而通信卫星衍生出中继服务方面， AddValue 和 NSL 公司都正在尝试，并看起来取得了较好的反响。在规则允许的基础上，这类应用将越来越多。