跟踪与数据中继卫星，以其能较大幅度地覆盖和转发地球站对中、低轨道航天器的跟踪测控信号并对中、低轨道航天器发回地面的数据、图像、话音等信息进行实时、连续的中继等优势，逐渐成为发展航天技术越来越重要的项目。美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星已组网运行，现正在发展后续系统；欧空局和日本在这种卫星的发展中以其新思路和技术途径，大有后来居上之趋势。一、美国的跟踪与数据中继卫星（ＴＤＲＳ）系统1用１０年时间完成了第一代ＴＤＲＳ系统的组网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)，直至１９９３年１月第６颗（ＴＤＲＳ６）卫星发射后，该系统具有了在轨运行和轨道备份能力，这才真正完成其组网过程。除去研制时间外，其发射时间跨度长达１０年，足以证明这是一项难度很大的工作。美国之所以如此坚持不懈地努力发展这一系统，重要原因就是它是一种作用很大的卫星。由于发射失败和卫星本身故障，直到１９９１年发射第５颗卫星（ＴＤＲＳ５）时，美国只能保持一颗完好的卫星在轨，虽然其间也曾有过２颗工作卫星在轨的情况，但没有足够的轨道备份。尽管如此，这种卫星系统已发挥了很大作用，它曾为１２种以上各种中、低轨道航天器提供跟踪与数据中继业务。美国这一系统的发展，基本适应于各种用户航天器发展的规模和速度，因此其系统利用率及服务能力(注：系统利用率定义为系统运行时间与向用户实际提供业务的时间比，用以衡量系统容量是否存在浪费问题。系统服务能力定义为系统所具有的业务能力与所安排的用户实际业务之比，用以衡量系统设计对用户航天器需求的适应性)均较高。统计表明，自1989年该系统全部投入运行以来，平均系统利用率已超过９９％，１９９０年５月１日至1991年１０月３１日期间，系统利用率接近１００％，系统服务能力也超过９９％。美国TDRS系统的经济效益也是可观的。该系统年投入的运行费用约６５００万美元，其经济效益不仅表现在大量民用中、低轨道航天器为使用该系统所交纳的费用，仅军用中、低轨道航天器使用该系统每年就付费达１亿美元。为保证上述工作能力，美国还建立了完善的地面支持系统。第一个白沙站配置了３副１８.３米的天线用于向ＴＤＲＳ馈送数据；一副６米Ｓ频段天线用于紧急情况下的遥测信号接收和遥控指令发射；１副４５米Ｋｕ频段天线和１副３米Ｓ频段天线用于用户航天器的模拟。第二个白沙站于１９９５年春投入使用。这两个白沙站可同时处理６颗用户航天器的业务，而且处理业务的时间保证率从原来的９９％提高到９９.９９９９％。2以保证性能、节约经费为原则开发第二代TDRS系统根据中、低轨道航天器，特别是当时自由号空间站发展的需要，美国航宇局曾计划发展新一代系统，称为高级跟踪与数据中继卫星（ＡＴＤＲＳ）。计划研制９颗卫星，总投资约５０亿美元。但是１９９３年美国国会否决了航宇局的议案，于是航宇局改变方案，决定采购３颗性能类似于第７颗第一代TDRS的新卫星。为了避免来自商用通信卫星的干扰，也为了提高中继能力，提供较高的数据率，保证用户航天器发展要求的跟踪与数据中继业务能力，新一代跟踪与数据中继卫星将增加Ｋａ频段。美国休斯空间与通信公司于１９９５年２月赢得了这项研制３颗第二代卫星的4.82亿美元的固定价格合同，由航宇局提供宇宙神级火箭发射卫星，美国会批准１９９６年拨款１.９６亿美元。第二代的第一颗卫星计划于１９９９年发射。第二代卫星选用ＨＳ６０１平台，每颗卫星装载２副４５８米直径并具有弹性后效的可控单址天线，每副天线都能提供Ｓ、Ｋｕ频段或Ｓ、Ｋａ频段业务。3第一代与第二代ＴＤＲＳ卫星所能提供的跟踪与数据中继能力比较(1)第一代卫星１）Ｓ频段多址业务（ＳＭＡ）·返回链路：利用星上３０个阵元的相控阵天线和地基波束成形网络，可同时支持２０条ＳＭＡ返回信道。采用伪噪声码分多址技术，每条信道最大数据率可达５０ｋｂ/ｓ。·前向链路：每颗卫星可提供一条Ｓ频段多址前向链路（即从中继卫星发出信息的链路），最大数据率１０ｋｂ/ｓ。２）Ｓ频段单址业务（ＳＳＡ）和Ｋｕ频段单址业务（ＫＳＡ）每一副４.９米的天线都能同时支持一种ＳＳＡ和ＫＳＡ业务。·返回链路：从用户航天器接收信息的链路。对于Ｓ频段单址业务，当采用10Mb/s的编码信道传输时，最大信息速率为６Ｍｂ/ｓ。对于Ｋｕ频段单址业务，最大信息传输速率为３００Ｍｂ/ｓ。·前向链路：从中继卫星发出信息的链路。Ｓ频段单址前向链路最大数据率为３００ｋｂ/ｓ（最小数据率为１００ｂ/ｓ）；Ｋｕ频段单址前向链路数据率为２５Ｍｂ/ｓ（最小数据率１ｋｂ/ｓ）。(2)第二代卫星１）单址可控天线·Ｓ频段：返回与前向数据率分别为６Ｍｂ/ｓ和３００ｋｂ/ｓ；·Ｋｕ、Ｋａ频段：返回与前向数据率分别为３００Ｍｂ/ｓ和２５