布满宇宙射线、高能粒子的太空中，神舟十一号、天宫二号以每秒数万米的速度高速飞行，如何做到“天神”同步，毫厘不差？“天链一号”将担此重任。

神舟十一号飞船升空后，将依靠中国航天科技集团公司五院西安分院研制的中继终端，与地面保持通信。飞船进入预定飞行轨道时，中继终端将计算出飞船天线的指向数据，将天线指向中继卫星“天链一号”，完成对“天链一号”的捕获跟踪，并向中继卫星发送数据，从而建立从神舟十一号飞船到中继卫星再到地面站的数据传输链路。这就如同把地面测控站搬到了离地球3.6万公里的太空同步轨道，形成天基测控。

交会对接过程中，通过中继终端所搭建的天基测控通信系统，可以对天宫二号和神舟十一号飞船实现同时测控、同时高速数据传输，所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面。

载人飞船由火箭护送进入预定轨道后，就独自开始了在宇宙空间的飞行旅程。在航天英雄杨利伟眼中，太空中群星璀璨、浩渺无垠，远远地能看到一颗蓝色宝石般的地球，*壮观、美丽。但说到具体的环境参数，轨道空间可就不那么舒服了。

那里空气*稀薄，接近真空，而且近似于一个温度低-269℃的超大黑腔，太阳、行星等分散其中。载人飞船运行在距离地球表面约400公里高度的轨道上，在那里会受到太阳的辐射、地球大气的辐射和反照，还会受到许多游离在空间的高能粒子的影响。在这样的环境中，飞船应该怎样更好的保护自己呢？

据了解，中国航天科技集团公司五院作为神舟十一号载人飞船的抓总研制单位，承担了系统设计、总装、测试、大型试验等工作。据该单位相关负责人介绍，神舟十一号载人飞船使用了多项国产技术，充分保证了航天员在太空中工作、生活的。

1、不怕高温的神奇“外衣”

为了保证飞船在太空环境里更好地保护自己，中国航天科技集团公司五院总体部热控分系统为飞船设计了神奇的“外衣”，就像人类的衣服一样，天冷时能保暖，太阳照射时能防晒，同时衣服还能够隔离灰尘、雾霾等有害因素对皮肤的伤害。载人飞船的外衣需要结合飞船的结构特点以及各个舱体的功能特点进行“量体剪裁”。

据《法制晚报》(微信ID：fzwb_52165216)记者了解，载人飞船轨道舱是航天员生活和工作的主要空间，由于安装在轨道舱内的设备发热量不大，所以设计人员为轨道舱设计了一套由多层隔热材料组件构成的外衣，厚度约为2厘米。在多层隔热组件的外表面，还有一层华丽的复合膜，它的功能是提高飞船对轨道原子氧等粒子的防护能力。

返回舱承担着将航天员带回地面的重要使，需要耐受返回过程中穿越地球大气层时的高温烧蚀环境，所以返回舱外衣的里层是厚厚的划分成网格状的防烧蚀材料，在外表面再喷涂特殊设计的有机热控涂层，不仅提高外热流吸收能力,还能红外辐射能力，为保证在轨期间的返回舱温度提供有力支持。

由于主动流体回路的散热辐射器安装在推进舱，因此舱体对散热的要求很高。为此，推进舱的舱体结构上设计了一圈浅绿色的有机涂层散热面；其次，舱体上安装的辐射器外表面选用了纯白色的热控涂层，这身清爽的“散热衣”，能极大地提高辐射散热能力。

2、天基测控搭建太空“天路”

神舟十一号飞船成功发射后，要确保与地面通信的实时畅通，就必须依靠中继终端。通过与中继卫星天链一号实现“太空握手”，中继终端成为天基测控的重要终端。中继终端的应用，使我国的天基测控通信得以成为现实，从而在太空中搭建了地面与卫星、卫星与飞船之间的“天路”。

当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时，中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后，中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星天链一号，这样就完成了中继终端对天链一号的捕获跟踪，并向中继卫星发送数据，从而建立了从神舟十一号飞船到中继卫星再到地面站的数据传输链路。在交会对接过程中，通过中继终端所搭建的天基测控通信系统，可以对天宫二号和神舟十一号飞船实现同时测控、同时进行高速数据传输，所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面。

在中继终端及中继卫星投入使用之前，主要是通过地面测控站和海上测控站来实现对飞船的跟踪和测控，无法实现对飞船的实时跟踪测控。通过中继终端建立的天基测控通信系统建立之后，将对神舟飞船的测控覆盖率提高了70%以上。

中继终端所使用的天链一号卫星，可以形象地视为把地面测控站搬到了离地球3.6万公里外的太空同步轨道，进而形成了天基测控。

3、快速检漏的“小门神”

在执行载人航天任务过程中，航天员要经历多次穿舱活动，因此精准快速舱门的密封性关重要。

早期的飞船采用整舱加压，通过监测舱压的变化来舱门的密封性，这种方法准确、可靠，但耗时较长，对于早期无人飞船任务影响不大，然而对于载人飞船分秒必争的航天员空间实验任务影响较大。

舱门快速检漏仪实现了对舱门和对接面的快速、准确检漏，填补了国内在该领域的空白。舱门在关闭后，门体上的两道密封圈与门框之间会形成一个小空间。检漏仪向小空间内充入一定量的气体，通过监测小空间内压力的变化来判断舱门的密封情况。如果发生泄漏，舱门快速检漏仪会立刻发出报警指示。形象一点的讲，它就像个卫士一样告知“家”的主人航天员，“门没有关好，存在危险，您暂时不能入住。”航天员对舱门进行处理，经过再次检漏合格后，才能顺利入住舱内。

目前，舱门快速检漏仪已成为载人航天飞行器的“标配”设备，可称得上是载人飞船的“小门神”。

4、“天宫”密封件寿达30年

“天宫二号”作为中国个真正意义上的空间实验室，对飞船密封件性、稳定性的要求更高。航天员将在“天宫二号”中开展人在太空中期驻留实验，必须保证舱内压力、温度、湿度、气体成分等航天员生存条件。其密封件除要求密封性能可靠外，还要求材料无毒，能经受住-70℃到200℃高低温交变、高真空、强紫外辐射、带电粒子辐照和原子氧侵蚀等各种复杂环境的长期考验，不产生降解、老化和龟裂，可使用30年。

针对“苛刻”的任务特点，研制人员在原有成熟技术的基础上集智攻关，先后克服了原材料选材、成型等众多难关，研制出完产、无毒无害的原材料，解决了各试件的模具成型的难题。因为密封材料的规格多样、形状各异，大的直径长达一米多，小的只有十几毫米，研制人员专门为其量身制作了一套模具，尺寸精度差不超过0.01毫米，确保了产品的性能和精度。各类模拟环境试验表明：该密封材料达到同类产品水平，寿大于30年，各项性能满足设计要求。

5、76台姿控发动机全程护航

载人航天用的发动机，无论是推力75吨级的火箭发动机，还是飞船上实施姿态控制用的几公斤推力的小姿控发动机，从一个零部组件到一条焊缝，都必须做到万无一失。

此次“神十一”载人飞船与“天宫二号”空间实验室实施交会对接后，两名宇航员要在太空中驻留长达一个月的时间，航天科技集团六院研制的飞船上的48台姿控发动机和空间实验室中的28台姿控发动机，担负着全程保驾护航的职责。

在“神十一”载人飞船2500N发动机研制中，推力室头部喷注器需要微小孔加工，密密麻麻上百个小孔细如发丝，而且撞击精度、角度、距离、孔径要求极为严苛。为了确保精度，六院改进方法，采用高速数控加工微小孔，效率提高了4倍以上，精度提高了3倍。

6、太阳翼结构实现国产化

神舟飞船正常入轨，太阳翼帆板顺利展开，这意味着飞船的首个国产太阳翼结构首次经过在轨验证。该结构由中国航天科技集团公司五院508所负责研制。

2014年4月，神舟十一号飞船原设计方案面临进口碳纤维等原材料受限问题，研发人员开展了大量试验和仿真计算，验证了国产化替代方案的可行性。

在研制过程中，针对国产碳纤维性较差、易损伤的特点，不断优化参数、改进*作方法，确立了适用于国产碳纤维的一整套方案，研制出的碳纤维零件的外观质量、外形尺寸、内部质量和力学性能等均满足设计指标要求。

7、在轨自主应急返回救生

在载人交会对接中，由于任务的需要，神舟十一号飞船要频繁变轨，为了进一步保障航天员的，飞船系统设计了在轨自主应急返回的救生方案。也就是说，一旦飞船与地面失去联系，导致地面指挥系统无法为飞船计算准确的落点，飞船将启动自主应急返回系统。

届时，仪表控制器应用软件可以进行轨道预报，并通过神经网络计算落点的控制参数，寻找落点的优选方案，进而实现飞船的自主应急返回。

自主应急返回系统的应用实现了完全由飞船仪表控制器应用软件自主快速计算返回控制参数的功能，解决了飞船在地面测控通信网外可进行自主应急返回的技术难题。

此前，神舟“兄弟”在轨飞行期间，仪表控制器应用软件针对自主应急返回进行了两次在轨验证，落点计算结果准确无误，充分验证了这一技术的可靠性。

8、“生之塔”逃逸发动机

火箭顶端有一个类似避雷针的尖塔状装置，这是被称为航天员“生之塔”的逃逸救生系统。逃逸塔性能特殊、技术复杂，上之前只有美国和俄罗斯掌握了这项技术。1994年，科技人员出访俄罗斯时，次看到了逃逸塔。俄方提出了高额要价，而且只提供产品，核心技术、设计软件严格保密。

不甘受制于人的研发人员决心自己开发设计，终攻克了一系列关键技术难关，创造了十多项中国乃之。

据介绍，逃逸主发动机金属壳体圆筒由此前的板材卷焊成形，变成了锻件旋压成形，产品可靠性及性大大提高。对关键进行了改进，大大提高了混合过程的性，提高了产品质量的可靠性。一批高精尖新型数字化设备，特别是高度的高能射线探伤仪的使用，成为保证神舟产品质量的利器。

天链一号卫星系统已覆盖全球

天链一号01星于2003年正式启动研制工作。经过5年的艰苦研制，卫星于2008年4月25日发射成功，同年12月4日正式交付用户。在轨运行期间，卫星运行稳定，首次执行神舟七号飞船在轨跟踪与数据中继任务取得圆满成功，拉开了我国中继卫星系统应用的序幕。

此后，天链一号01星多次圆满完成以神舟八号、神舟九号、神舟十号、天宫一号为代表的载人航天任务，以及地面舰船、运载火箭等为代表的非航天器类用户的数据中继任务。由于天链一号01星在轨表现优异，多次受到上级领导和用户的高度赞扬，加速了后续天链一号02星和03星的研制步伐。同时，天链一号01星研制过程中积累了大量的中继卫星研制和应用的工程经验，也为后续中继卫星系统研制奠定了坚实基础。

目前，天链一号01、02、03星三星组网系统已建成并成功运行，使我国成为继美国之后上第二个拥有准全球覆盖能力中继卫星系统的。一代中继卫星系统已成为我国国防信息化建设的重要支持保障系统和我国空间信息传输的重要枢纽，取得了巨大的政治、经济和社会效益。

与普通通信卫星相比，数据中继卫星需要克服的个技术难题是对航天器的捕获和跟踪。中继卫星运行高度是36000公里，低轨航天器的高度仅为数百公里，距离*远；而视频、高质量静态图像又需要高速数据传输，中继卫星与低轨航天器之间需要采用增益高、波束极窄的Ku/Ka波段天线进行通讯。通讯距离远、通讯波束窄，这就对跟踪精度提出了极高的要求，要达到0.06度。

中继卫星为了与众多中低轨道卫星通信，天线处于复杂的变速运动状态，在转动速度、加速度和角度上都没有规律，天线的机械驱动机构不仅要精度高，而且要求在恶劣工作环境下长时间稳定运行，制造难度很大。同样麻烦的还有天线与卫星的振动耦合问题，非线性结构的天线不规律的运动和振动，对卫星本体姿态控制也有很复杂的影响，对卫星控制也提出了很大的挑战。而天线制造本身也是一个难题，高数据传输速率要求高增益天线。通俗地说，中继卫星的抛物面通信天线尺寸要尽可能的大。同时，Ku/Ka波段波长小，对天线抛物面精度要求也*高。数米直径的抛物面天线整体形面误差要低于0.1毫米，并且要在外太空高温差条件下长期保持这样的精度，其难度可想而知。

所以，数据中继卫星可以称得上是当今技术含量的通讯卫星。我国在去年完成代“天链一号”数据中继卫星体系的建设，今年进行“太空授课”实则是对自己航天测控实力的一次展示。

更为重要的是，天链一号的作用并不仅限于为神舟、天宫服务，它还可以为中低轨道的各类民用遥感卫星、军用侦察卫星提供测控、数据中继服务，对国民经济、国防建设均有巨大的促进作用。

关于中继卫星

跟踪与数据中继卫星系统(简称中继卫星)，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、连续跟踪与轨适测控服务的系统，简称中继系统。跟踪与数据中继卫星系统是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想，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。该系统使航天测控通信技术发生了性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段,正在发展后续系统；欧空局 和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径。我国正在积极推进研究跟踪与数据卫星系统，用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面信息的地球静止通信卫星。

受高频段电波的直线传播特性和地球曲率的影响，使地面测控站跟踪中、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，可居高临下地观测到在近地空间内运行的大部分航天器。一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器，两颗卫星组网就能基本上覆盖整个中、低轨道的空域。因此由目前3颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫星系统，可以取代配置在各地由许多测控站构成的航天测控网。

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中继卫星的主要用途

① 跟踪、测定中低轨道卫星：为了尽可能多地覆盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫星采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪，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测定。

② 为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据：气象、海洋、测地和资源等对地观测卫星在飞经未设地球站的上空时，把遥感、遥测信息暂时存贮在记录器里,而在飞经地球站时再转发。这种跟踪中继卫星(15张)和数据中继卫星能实时地把大量的遥感和遥测数据转发回地面。

③ 承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务：地面上的航天测控网（见航天测控和数据采集网）平均仅能覆盖15%的近地轨道，航天员与地面上的航天控制直接通话和实时传输数据的时间有限。两颗适当配置的跟踪和数据中继卫星能使航天飞机和载人飞船在全部飞行的85%时间内保持与地面联系。

④ 满足军事特殊需要：以往各类军用的通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制，常须通过一系列地球站和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输。跟踪和数据中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖，而自成一独立的专用系统，更有效地为军事服务。