1、国防科技 航天测控技术知识系列介绍之一 ,i 申舟” 遴游太空的生命之舟 漫 话 航 天 测 控 技 术. 米雷鸣 匡乃雪199 9年 1 1月 20日 6时 30分, 江泽民同志亲笔题名的我国第一艘载人航天试验飞船“ 神舟” 号 , 在酒泉卫星发射中心发射升空。 21 日凌晨 3 时 41 分, 飞船经过 21 小时 1 分钟的太空试验飞行之后 , 在内蒙古中部地区成功着陆。 在这次飞行试验中, 我国在原有航天测控网基础上新建的符合国际标准体制的陆海基航天测控网首次投入使用 , 北京航天指挥控制中心组织了发射试验的跟踪、测量和控制, 地面测控系统和分布在太平洋、 大西洋和印度洋上的 4 艘“
2、 远望” 号测量船进行了跟踪、测控, 成功地进行了一系列科学试验。 这次试验的圆满成功, 标志着具有中国特色的航夭测控系统已经达到国际先进水平。提起航天试验, 人们自然会想到发射场上运载火箭升空的壮观场面 , 但对航天测控一般比较陌生。 航天试验是一个巨大的系统工程 , 它由 5 个分系统组成:航天器系统导弹、 卫星和飞船 ;运载系统运载火箭; 发射系统发射场;测控系统;应用系统。航天测控系统, 是对航天器飞行状态进行跟踪测量并控制航天器运动和工作状态的专用系统。 测控系统的工作可以通俗描述为: 地面测控人员通过测控设备把已经编制好的 , 保证导弹、卫星或飞船正常运行所需要的一道道 “ 命令”
3、 (测控指令) 用无线电波发射出去; 导弹、 卫星或飞船从离开发射塔的那一瞬间起 , 便通过它自身携带的仪器将自己运行中的各种状态用数据的方式 (遥测参数) 传送到地面测控设备, 经过计算机贮存和处理后送到监控显示屏幕; 测控人员根据数据显示来分析判断导弹、 卫星或飞船工作是否正常。如果正常, 就按照原设计程序继续进行试验;如果发现异常, 便立即采取一系列的抢救措施。 这样, 测控系统与飞行器之间就构成了一个闭合式的天地大回路。航天测控网的主要任务可以归纳为 4 个方面: 一是跟踪测量运载火箭、 航天器的飞行轨迹, 获取各分系统的工作和环境状态, 对获取的数据加以分析, 判断航咭天器飞行轨道的
4、止确性和航天器对空间环境的适应性, 为 改 变 航 天 器 轨 道、飞 行 程 序 和 工 作 状 态 及 改 进 航天 器 设 计 提 供 依 据。二 是 完 成 实 时 或 程 序 控 制,使 航 天器 达 到 预 定 的 轨 道 并 得 到 所 需 的 姿 态。有 的 应 用 卫 星(如对地观测卫星 , 气 象 卫 星 ) 是由星上计算机按存储的理论轨道自动完成程序控制的 , 卫 星 入 轨 后,须 由 测控 网 测 量 和 计 算 出 实 际 飞 行 轨 道,将 轨 道 参 数 注 入 卫星,依 次 修 正 卫 星 上 的 程 序 控 制 时 间。航 天 器 的 变 轨、交 会 和 返
5、 回 等,都 要 由 航 天 测 控 网 控 制。三 是 接 收 航 天器 的 部 分 探 测 数 据、反 映 航 天 员 生 理 状 态 的 遥 测 信 息和 电 视 图 像 等 专 用 信 息 以 及 话 音,航 天 控 制 中 心 将 这些 信 息 进 行 记 录、显 示、处 理,供 实 时 和 事 后 分 析 使用。四 是 对 于 要 求 高 精 度 定 位 的 应 用 卫 星 (如导航卫星、 测 地 卫 星、高 分 辨 率 侦 察 卫 星 ),由 测 控 网 向 用 户 提供 准 确 的 卫 星 位 置 (或轨道) 数据和相应的时间等数据 , 作 为 应 用 数 据 处 理 的 基
6、准 信 息。36 国防2 0 0 年第 l 期, ,份航 天 测 控 系 统 通 常 由 航 天 控 制 中 心 和 若 干 配 有 跟踪 测 量、遥 控 和 遥 测 设 备 的 航 天 测 控 站 (包括测量船和测量飞机 )组成 (见图) , 简 称 航 天 测 控 网。侧 控 站 的 数量、配 备 和 分 布 取 决 于 航 天 器 的 飞 行 轨 道 及 其 测 控 要求。航 天 控 制 中 心 通 过 测 控 通 信 网 与 各 测 控 站 构 成 一个 综 合 休,即 航 天 测 控 网。航 天 测 控 网 依 照 测 控 对 象 大 体 上 可 分 为 3 类:一是 卫 星 测 控
7、 网,为 发 射 各 种 应 用 卫 星 和 科 学 试 验 卫 星服 务。二 是 载 人 航 天 测 控 网,为 发 射 载 人 航 天 器 服 务,除 拥 有 比 卫 星 测 控 网 要 求 更 高 的 跟 踪 测 量、遥 测 接 收和 遥 控 设 备 外,还 配 备 有 与 航 天 员 通 话 和 传 递 电 视 信号 的 设 备。三 是 深 空 网,为 探 测 月 球 和 深 空 行 星 的 航天 器 服 务。为 了 达 到 超 远 程 的 作 用 距 离,深 空 网 的 地面 设 备 有 大 口 径 天 线 和 高 灵 敏 度 接 收 系 统,所 用 设 备采 用 距 离 和 距 离
8、 变 化 率 综 合 测 量 体 制。在 全 球 均 匀 分布 3 个站 , 保 证 任 何 时 间 至 少 有 一 个 站 能 跟 踪 深 空 目标。航 天 测 控 网 可 为 民 用 或 军 用 (或军民两用 )航天器服务 , 军 用 航 天 器 比 同 类 民 用 航 天 器 对 测 控 网 的 系 统实 时 性、定 轨 精 度、数 据 采 集 容 量、保 密 性 和 系 统 可 靠性 等 方 面 的 要 求 更 高。测 控 系 统 或 测 控 网 是 发 展 航 天 事 业 的 重 要 技 术 基础 设 施,其 发 展 经 历 了 从 地 面 建 网 到 建 立 天 基 测 控 网的
9、过 程。 70 年代以前,为 了 提 高 轨 道 覆 盖 率,美 国 和 前苏 联 都 追 求 全 球 布 站。 70 年代后,两 国 都 重 点 转 向 发射 跟 踪 和 数 据 中 继 卫 星,建 立 天 基 测 控 网,以 便 减 少 地面 台、站 的 数 量,减 少 地 面 支 持 费 用,并 完 善 测 控 手段。美 国 为 了 执 行“水 星” 、 “双 子 星 座”和“阿 波 罗”飞船 的 载 人 空 间 飞 行,除 60 年代中期原有的卫星跟踪和数据采集网(S T A D A N )外 , 还 建 立 了 一 个 载 人 空 间 飞行 网 ( M S F N ) 。 该 网 包
10、 括 一 个 任 务 控 制 中 心、 13 个地球跟踪站、 5 艘 海 上 测 量船 和 8 架 测 量 飞机 , 并 将 原 来的 分 散 体 制 改 进 为 跟 踪、测 距、指 令、遥 测、话 音 合 一 的S 波段统一体制 。 197 2 年 “ 阿 波 罗 ” 计 划 完 成 后 , 宇 航局 鉴 于 两 网 重 复 的 台 站 多,维 持 费 太 高,因 而 将 两 网 合并,改 名 为 航 天 跟 踪 和 数 据 网 (S T D N ) , 将 原 23 个 陆地 站 减 少 到 16 个, 保 留 一 艘“先 锋”号 测 量 船 和 几 架 测量 飞 机,用 于 近 地 轨
11、道 卫 星、载 人 飞 行、高 轨 道、偏 心 轨道 和 地 球 同 步 轨 道 卫 星 的 测 控 支 持。美 国 虽 有 全 球 布 站 的 测 控 网,但 对 载 人 飞 行,其 轨道 粗 盖 率 仅 有 15 % 。 从 197 5 年起便开始研制 “ 跟 踪 和数 据 中 继 卫 星” ( T D R S )。这 是 一 种 转 发 地 球 站 对 处 于低 中 轨 道 上 的 航 天 器 的 跟 踪 测 控 信 号 和 中 继 从 航 天 器发 回 地 面 的 信 息 的 通 信 卫 星。 T D R S 一 1 于 19 83 年人轨, 该 卫 星 装 有 7 副 不 同类 型的
12、 天 线 , 可 同 时 使 用 S、 C和 K u 频 段,传 输 数 据 速 率 高 达 30 0 兆 比特 / 秒 。 在T D R S 一 2 随 “ 挑战 者”号 航 天 飞 机 爆 炸 后, 198 年、198 9 年又发射 成功 T D R S 一 3 和 T D R S 一 4。这 样 只需 要 两 颗 卫 星 与 新 墨 西 哥 州 的 白 沙 地 球 站 即 组 成 了 夭基 测 控 网,近 地 轨 道 搜 盖 率 可 达 85% 。美 国 宇 航 局 计 划 研 制 的 下 一 代 跟 踪 与 数 据 中 继 星( A T D R s) 将设有 4 个 单 通 道 天线.
13、同 时 还 将 增 加 多 通道 天 线 的 能 力。一 种 方 案 就 是 在 轨 道 上 设 置 2 顺跟踪与数据中继卫星,同 时 使 用 位 于 美 国 东 海 岸 的 第 二 个地 面 站,这 样 可 大 大 减 少 卫 星 搜 盖 的 遗 漏 面 积。前 苏 联 的 近 地 轨 道 测 控 网 共 有 1 个跟踪站 (主动段配 5 个站 . 轨 道 运 行 段 6 个 站 ) , 1 艘海上测量船和多架测量飞机 , 布 设 在 大 西 洋、中 美 洲、印 度 洋、澳 大 利亚 和 南 非 海 域 之 间。 19 85 年前苏联发射了“射 线”号 中继 卫 星,为 后 来 发 射 的“
14、和 平”号 空 间 站 服 务。由 此 前苏 联 的 测 控 网 也 开 始 从 地 面 多 站 转 向 天 基 测 控 网。除 美 国 和 俄 罗 斯 外,西 欧 和 日 本 也 计 划 发 射 跟 踪和 数 据 中 继 卫 星,以 便 建 立 起 自 己 的 天 基 测 控 网。无 论 是 地 面 测 控 网,还 是 天 基、空 基 与 地 基 相 结 合的 测 控 网,其 主 要 任 务 都 是 为 了 对 航 天 器 进 行 遥 测、遥控、跟 踪 与 通 信。此 外,由 于 数 据 传 输 的 重 要 性,数 据传 输 系 统 已 成 为 测 控 网 的 一 个 重 要 组 成 部 分
15、。今 后,建 立 天 基 站,以 扩 大 测 控 网 的 搜 盖 范 围,增强 网 的 数 据 采 集 容 量 和 实 时 性,将 成 为 发 展 趋 势,地 面测 控 站 的 数 量 将 逐 渐 减 少。(本栏责任编辑 胡东霞)*简 讯福 又 省 宁 彼 预 备 役 某 团圆 满 兜 成 改 建 任 务. 陆立光宁德预备役某团在这次预备役部队调整改革中,由 步 兵 团 调 整 改 建 为 海 防 团。为 按 时、高 质 量 完 成 改建 任 务,该 团 党 委“一 班 人”团 结 一 心,周 密 安 排。改 童工 作 分 组 织 准 备、改 建 实 施、检 查 验 收 三 个 阶 段 进行。他 们 针 对 预 备 役 部 队 亦 民 亦 兵,现 役 官 兵 少,预 任预 编 官 兵 多,人 员 高 度 分 散,教 育 管 理 训 练 要 求 高 攀特 点,全 团 上 下 统 一 思 想,严 密 计 划,扎 实 工 作,使 询整 改 建 工 作 顺 利 开 展。前 不 久,经 宁 德 地 区 行 署、军 分区 检 查 验 收,各 项 指 标 符 合 要 求,圆 满 完 成 了 改 建 任务。(国防) 20 0 0 年第 1期 3 7
