2016年11月22日，天链一号04星在西昌卫星发射中心发射。作为天链一号家族的最新成员，天链一号04星的主要任务是替代已经超期服役的天链一号01星，确保中继卫星系统由第一代向第二代平稳过渡。此前，天链一号01、02、03星已经在太空中组成了一个强大的天基信息传输系统，在载人航天飞行任务中立下了汗马功劳。在天宫二号与神舟十一号载人飞行任务期间，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平与正在天宫二号上的航天员景海鹏、陈冬亲切通话。总书记对航天员的诚挚问候、殷殷嘱托和航天员在太空中的实时画面，就是通过天链一号测控系统传送的。三年前，在神舟十号与天宫一号交会对接后，航天员王亚平进行了我国历史上第一次太空授课，在40分钟的时间里，飞船围绕地球转过了半圈，而视频信号却能清晰、连续地传输到地面上。观看太空授课的中小学生还能流畅地和太空中的航天员进行交流。如果只靠地面测控站，而没有“天链一号”，这种场景是不会成为现实的。 

　　习近平总书记和天宫二号上的航天员实时通话 

　　太空授课 

　　中继卫星解决实时通信难题 

　　手机天线的收发距离并不大，而手机之所以能够随时随地接入移动网络，是依靠移动运营商布置的大量移动网络基站。神舟、天宫等航天器在太空中飞行时，要与地面保持通信，就需要和移动通信基站功能相似的测控站来进行信号传输。由于无线电直线传播的特性和地球曲率的限制，地面测控站所能覆盖的范围有限。据测算，如要实现对神舟、天宫的轨道通信全覆盖，需要在全球建设一百多个测控站，而这几乎是不可能的：一方面，我国领土范围有限，在境外大量设站又要考虑政治因素，难度较大；另一方面，地球表面约70%的面积是海洋，当飞船通过海洋上空时，只能通过大型测控船来进行通信，进一步增加了成本。在天链一号投入使用前，尽管我国在境外设立了若干测控站，也在海洋上部署了多艘“远望”号测量船，但对飞船轨道的通信覆盖率也只能达到13%。也就是说，在飞船绕地球一圈的90分钟时间里，航天员能和地面通话的时间只有11分钟左右，而地面也不能实时掌握飞船的工作状态。 

　　天链一号中继卫星的出现，让天地通信的难题迎刃而解。它是飞船和其他卫星的数据中转站，运行在地球赤道上空36000千米的地球同步轨道，可以利用居高临下的优势，对轨道高度为300多千米的神舟、天宫和其他中低轨道航天器或地面目标进行跟踪、测控和数据中转。与地面测控站相比，天链一号这样的中继卫星最大的优势在于覆盖范围广。一颗天链一号卫星对神舟、天宫轨道的通信覆盖率就能达到50%，三颗天链一号卫星组网形成系统后，可以实现整个轨道的通信全覆盖。同时，使用中继卫星后，天地通信的带宽得到极大提高。地面向飞船的上行通信带宽由Kbps量级提高到了Mbps量级,下行通信带宽由Mbps 量级提高到了百Mbps量级。在神舟七号任务期间，天链一号01星进行初步测试，更高的带宽让地面控制人员看到了更清晰的飞船画面，甚至能看清航天员的胡子。 

　　天链中继卫星助力载人航天 

　　中继卫星好处多多，但研发它也要克服许多技术难题。天链一号中继卫星的天线波束较窄，仅为0.15度～0.3度，在这种情况下，卫星必须使用高精度捕获飞船位置的技术，才能保持卫星与飞船间的通信链路。为了获得比较大的天线电尺寸（天线直径/ 信号波长），天链卫星使用了频率在26GHz ～ 40GHz 的Ka 波段信号。而工作在这个波段的天线，对天线尺寸的精度要求极高。直径为几米的天线，即便在太空极端的温差环境下，其形面误差也要小于0.4 毫米，设计制造这样的天线异常艰难。天链一号在工作时，天线处于轨迹复杂、速度变化的运动中。天线转动部分的质量高达150千克，如何抵消天线转动的影响、保持卫星姿态稳定也是一个技术挑战。 

　　我国的航天技术人员一一攻破了这些技术难题，成功地在2008年4月25日将天链一号01星送入太空。在当年9月的神舟七号任务中，天链一号01 星进行了通信试验，成功地完成了对神舟七号载人飞船的精确捕获、链路建立、数据中继、测控和跟踪任务。在之后的两年中，天链一号02 星和天链一号03星成功发射，形成了中低轨航天器100% 的轨道覆盖率的中继卫星系统。一般来说，由三颗同步轨道卫星组成的全球覆盖通信网，一般会将卫星均匀布置在同步轨道上，经度上的间隔为120度。美国的TDRSS网络就采用了这种方案。然而，如果天链一号采用这种方案，就必须在我国领土之外设立天链卫星的控管站。为了消除境外不确定因素的影响,拥有完全独立自主的天基信息传输系统,天链一号采用了另一种方案：将两颗天链卫星间的经度距离设置为160度左右，分别布置在我国的东西两侧，在国土的东西部各设一控管站,利用高速光纤将它们和控管中心连成系统。将第三颗星置于东星和西星之间，起到增强能力和部分备份的作用。 

　　天链一号三星组网 

　　天链一号02星 

　　从天宫看神九 

　　我国中继卫星的展望 

　　除了为载人航天屡立新功，天链一号还有许多其他用途。比如，它可以为我国的地面观测卫星提供数据中继，当卫星运行在我国国土地面站不可见的轨道弧段时，高清数据也能通过天链卫星实时传回。以前，在发射同步轨道卫星时，火箭的飞行路径上总存在一段通信盲区，地面控制人员无法得到这个时段火箭的运行信息。天链一号的通信中继使得这样的盲区不会继续存在于今后的发射中。未来，我国的中继卫星还将进一步提高自己的本领，进行升级换代。在下一代的中继卫星中，激光有望代替目前使用的微波无线电信号，成为通信的载体，从而将数据带宽提高到1Gbps~10Gbps量级。除了能为各种航天器、飞行器提供数据中继服务的全功能中继卫星外，还将针对各类用户的特点设计功能更专一的中继卫星，与全功能中继卫星共同组成功能更丰富、效率更高的中继网络。除了进一步发展地球附近的中继卫星系统外，还将发展出支持其他星球的中继卫星网络，如月球中继卫星、火星中继卫星等，为深空科学探测甚至载人登陆月球、火星服务。