略说跟踪和数据传输卫星系统

自1983年4月，第一颗所属卫星由挑战者号航天飞机携带升空以来，跟踪和数据传输卫星系统（TDRSS）就一直在扮演着幕后英雄的角色——没有什么引人注目的成果，但如果没有它，包括哈勃空间望远镜和国际空间站在内的相当一部分美国太空计划的对地通信都成了问题。</>第一颗跟踪和数据传输卫星的发射。（图片提供：NASA）显然，TDRSS的目的就是为地球低轨道（12000千米以下）上的航天器与地面控制系统之间提供稳定通信的渠道。它的前身要追溯到NASA早年设立的STADAN，也就是由分布在全球各地的抛物面天线组成的卫星追踪与数据采集网络，专用于无人计划的通信。之航天飞机问世后，STADAN又演变为更加先进的太空飞行追踪与数据网。为减少海外通信站和众多工作人员带来的管理麻烦，同时提高通信效率，TDRSS作为STADAN在太空中的替代品应运而生。当年它也确实拥有规模最大、最为先进的通信卫星。不过这个系统可以说是出师不利，第一颗卫星险些因为次级火箭失灵而报废，好在最后利用星载小型推进器，花费数月的时间，才将局面挽回。自此之后，美国的卫星对地通信就进入了新纪元，直到现在发展为9颗卫星的规模。任何利用TDRSS传输信息的航天器，考虑种种实际情况，85%以上的在轨时间都可以被该系统所覆盖。上图是TDRSS的工作示意。当前位于地球同步轨道上的TDRSS卫星共有7颗，NASA的戈达德航天中心负责接收来自NASA总部的指示，控制卫星的工作。系统的地面通信由新墨西哥洲的白沙终端极次级终端管理（WSGT与STGT），这里代客户向TDRSS发送信息，并中转到目标卫星；目标卫星获取的数据则经过TDRSS传到客户指定的地方。此外，TDRSS还在关岛设有地面终端（GRGT）。系统所属卫星有两代，第一代7颗均由航天飞机携带升空，并在波音公司的次级火箭推动下进入轨道，实际入轨6颗（第2颗由于挑战者号失事被毁）。第二代3颗卫星则由大力神火箭在2000年至2002年间发射，可以支持更多的通信信道。卫星主要工作波段包括S波段、K_u波段和K_a波段，此外还支持H、I、J等波段。 TDRSS的第一代（左）与第二代（右）卫星。（图片来源：Answers.com）星载通信设备主要包括两架4.9米网状天线、一架S波段天线阵、一架S波段万向天线、一架2米对地传输天线，以及用于卫星之间彼此通信的一系列设备。另外还配备有小型K_u波段和C波段天线，不过当下已不再使用。如今TDRSS的第一颗卫星也算是年老功高。自1986年挑战者号失事之后数年间，TDRS-1一直是唯一的中继卫星，1992年还紧急应援过记录装置失灵的康普顿伽玛射线天文台。后来这颗卫星由于轨道倾角的不断增大，成为观测到南北两极的第一颗卫星。这颗卫星服役已超过20年，1998年起转为科研和教育用途，南极点的阿蒙森—斯科特科考站还为它设立了数据传输站。同年，南极的McMurdo科考站在TDRS-1的协助下进行了远程会诊，顺利完成一次急救任务。2000年，它又帮助美国国家科学基金会和海岸警卫队开展了考察北极Gakal海岭的计划。虽说TDRSS的角色一直不是很吸引人，但它也创下了卫星通信史上的数个第一：第一次干涉导航；第一颗支援肯尼迪航天中心发射活动的卫星；率先接入互联网；首次实现南北极之间的卫星电话通信……其实，TDRSS也不一定要永远身居幕后。比如空间射电干涉仪的早期实验就是利用TDRSS完成的，还获取了类星体的干涉条纹，为日后该技术的发展打下了基础。近年来，TDRSS基本是处于满负荷运转阶段。而它产生的经济效益也是明显的：其军方和民用客户卫星每年要向其缴纳大量的使用费用，也算是实现了良性循环。内容来自 Bo Zhang's Homepage

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