跟蹤和資料中繼衛星

　　轉發地球站對中、低軌道航天器的跟蹤、遙控資訊和轉發航天器發回地面的資料的通信衛星（圖1）。高頻段電波的直線傳播特性和地球曲率的影響，使測控站跟蹤中、低軌道航天器的軌道弧段和通信時間受到限制，跟蹤和資料中繼衛星相當於把地面上的測控站升高到瞭地球靜止衛星軌道高度，一顆衛星就能觀測到大部分在近地空域內飛行的航天器，兩顆衛星組網就能基本上覆蓋整個中、低軌道的空域。因此由兩顆衛星和一個測控站所組成的跟蹤和資料中繼衛星系統，可以取代配置在世界各地由許多測控站構成的航太天測控網。跟蹤和數據中繼衛星的主要用途是：

　　① 跟蹤、測定中、低軌道衛星：為瞭盡可能多地覆蓋地球表面和獲得較高的地面分辨能力，許多衛星都采用傾角大、高度低的軌道。跟蹤和數據中繼衛星幾乎能對中、低軌道衛星進行連續跟蹤，通過轉發它們與測控站之間的測距和多普勒頻移信息實現對這些衛星軌道的精確測定。

　　② 為對地觀測衛星實時轉發遙感、遙測數據：氣象、海洋、測地和資源等對地觀測衛星在飛經未設地球站的上空時，把遙感、遙測信息暫時存貯在記錄器裡，而在飛經地球站時再轉發。這種跟蹤和數據中繼衛星能實時地把大量的遙感和遙測數據轉發回地面。

　　③ 承擔航天飛機和載人飛船的通信和數據傳輸中繼業務：地面上的航天測控網（見航天測控和數據采集網）平均僅能覆蓋15％的近地軌道，航天員與地面上的航天控制中心直接通話和實時傳輸數據的時間有限。兩顆適當配置的跟蹤和數據中繼衛星能使航天飛機和載人飛船在全部飛行的85％時間內保持與地面聯系。

　　④ 滿足軍事特殊需要：以往各類軍用的通信、導航、氣象、偵察、監視和預警等衛星的地面航天控制中心，常須通過一系列地球站和民用通信網進行跟蹤、測控和數據傳輸。跟蹤和數據中繼衛星可以擺脫對絕大多數地球站的依賴，而自成一獨立的專用系統，更有效地為軍事服務。

　　1983年4月，美國從“挑戰者”號航天飛機上發射瞭第一顆跟蹤和數據中繼衛星(TDRS)（圖2），它是現代最大的通信衛星，也是首次在一顆衛星上同時采用S、C和 Ku3個頻段的通信衛星。衛星重2噸多，太陽電池翼伸開後，翼展達17.4米，橫向跨度為13米。衛星工作10年後，太陽電池陣仍可提供1850瓦功率。星體采用三軸姿態控制穩定方式（見航天器姿態控制）。衛星上裝有7副不同類型的天線。兩副直徑4.9米拋物面天線在衛星發射過程中收攏成筒狀，入軌後通過機械螺桿控制撐開呈傘形，每個天線有兩副饋源，分別用於S和Ku頻段的跟蹤和數據中繼。一副直徑為2米的拋物面天線用於對衛星通信地球站的Ku頻段雙向通信。這3副天線均裝在精密的萬向架上，由地面指令控制，能自動跟蹤其他航天器，指向精度達0.06°。星體中部是30個螺旋組成的 S頻段相控陣天線，用作多址通信。還有一副直徑1.12米的Ku頻段拋物面天線和一副C頻段鏟形天線，用於美國國內通信。Ku、S頻段轉發器能提供的通信容量有20個S頻段多址信道，2個S頻段單址信道和2個Ku頻段單址信道。此外，12個C頻段轉發器可傳輸電話、電視和數據等。