揭秘中国“深空探测网”:在澳建监测站引美警惕

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导读:中国布局“深空测控网” 测控系统是所有航天器飞行的“神经中枢”,航天器在发射段、上升段、变轨段、分离段、返回制动段等关键飞行段落都离不开测控通信支持,而航天测控水平则是航天界评价航天发展水平的重要标志 中国的嫦娥三号发射前夕,正值美国大片《地心引力》在全球热映,电影中一名女宇航员因为一次太空中的意外事故与地球大后方失去了联系,不得不一个人面对宇宙的无垠和人类的孤独并想方设法回到地球。 电影的故事虽然虚构,但却形象地展示了现代航天中测控通信的重要“脐带”作用。 事实上,为了保障这条脐带的通

中国布局“深空测控网”

测控系统是所有航天器飞行的“神经中枢”,航天器在发射段、上升段、变轨段、分离段、返回制动段等关键飞行段落都离不开测控通信支持,而航天测控水平则是航天界评价航天发展水平的重要标志

中国的嫦娥三号发射前夕,正值美国大片《地心引力》在全球热映,电影中一名女宇航员因为一次太空中的意外事故与地球大后方失去了联系,不得不一个人面对宇宙的无垠和人类的孤独并想方设法回到地球。

电影的故事虽然虚构,但却形象地展示了现代航天中测控通信的重要“脐带”作用。

事实上,为了保障这条脐带的通畅,在中国航天向浩瀚宇宙进发的过程中,一张由海基测量船、国内陆基、海外陆基以及天链1号、2号组成的“深空测控网”正在逐渐完成。这些测控站点就好像是蜜蜂的复眼,地面工作人员通过这些“复眼”了解嫦娥三号运行、飞行等情况,落月后展开月地间的遥操作,控制月球车的行走动作,并为未来的深空测控提供支持。

遥操作“三大中心”

无论是嫦娥三号“落月”,还是月球车巡视勘察,都需要极为精确的测控控制技术做保障。

航天专家庞之浩告诉《中国新闻周刊》,本次任务是中国首次在地外天体实施软着陆探测,任务技术状态之新、飞控技术难度之大均前所未有。

据北京航天飞行控制中心总工程师周建亮介绍,此次任务飞控工作有“三高”:技术状态全新,处置能力要求高;遥操作约束复杂,飞行控制精度高;系统交互多,着陆器和巡视器两器协同程度高。针对这些难点,北京航天飞行控制中心先后突破了高精度月面视觉定位、月面巡视动态任务规划、巡视器路径规划与行走控制等六大关键技术。

这些技术和任务最终都需要来自地面的指挥,因而建设一张能够实施精确测控的深空测控网必不可少。

据了解,嫦娥一号共使用了6个国内测控站,以及南美、欧洲、大洋洲等海外监测站,加上海上移动的两艘远望号测控船,观测嫦娥一号的“复眼”达到十余只。

嫦娥二号发射时中国已经具备了由13个测控站组成的庞大、先进的航天测控通信网。这些测控系统包括3个中心、3条测量船、6个位于国内的测控站、1个建于国外的测控站、4个天文观测站及1个国际联网测控站。

“嫦娥二号是嫦娥三号的先导星,承担着为嫦娥三号月面软着陆验证部分关键技术,特别是首次试验X频段深空测控技术。”庞之浩解释说,X频段深空测控试验的成功实施将使无线电传输信号频率大大提高,远距离测控通信效果更好、测量精度更准、信息容量更大,是中国迈向深空探测的重要一步。

据了解,嫦娥三号使用地面测控系统更加先进和全面。包括启用多处天文台配合地面测控。整个测控网络的核心是位于国内的三大中心,即西昌卫星发射中心、北京航天飞行控制中心和西安卫星测控中心。它们有不同分工,分别侧重不同的测控任务。

西安卫星测控中心负责对分布在国内外的多个测控站、船、中继卫星组成的测控网实施管理。

北京航天飞行控制中心是航天飞行器任务的飞行控制和遥操作中心,也是嫦娥三号任务全过程的指挥控制神经中枢,是所有测控信息的集散地。嫦娥三号在奔月之路上的各阶段数据注入与指挥控制,均与这个中心的指挥控制息息相关。

西昌卫星发射中心则主要担负发射时对火箭的测控任务,接收记录北京中心转发的卫星遥测数据并提供给卫星系统。准确判断运载火箭飞行状态,在发生故障、情况危急时立即正确分析情况并做出相应决策,保证发射段火箭与卫星的安全。

“深空测控网”

测控系统是所有航天器飞行的“神经中枢”,航天器在发射段、上升段、变轨段、分离段、返回制动段等关键飞行段落都离不开测控通信支持。而航天测控水平则是一个国家航天发展水平的重要标志,因此,中国一直在努力完善自己的测控通信网。

航天测控网一般由航天控制中心、分布在世界各地的若干航天测控站、海上测量船以及空中空间测控平台组成。测控站按其分布,有陆上测控站、海上测量船、空中测量飞机和跟踪与数据中继卫星四大类。

中国从1967年开始建设自己的航天测控网,2011年神舟八号发射前,航天测控通信网进行了全面升级,由专线体制升级到网络体制,并与中继卫星系统共同参与测控组网。

与嫦娥一号、二号不同,嫦娥三号任务的重点和难点是“两器协同控制与巡视器的遥操作”。对于应急处置能力、飞行控制精度和天地协同控制提出了更高的要求。

为此,在三大中心之外,嫦娥三号还启用了经过改扩建的佳木斯测控站,该测控站新安装了64米口径测控天线,并同时具备三个频段通信测控功能。与已拥有35米口径测控天线的新疆喀什测控站共同构成一个深空测控网,并与三亚新型测控站形成中国航天陆基测控网“大三角”布局。

为了提高测控精度,嫦娥三号还启用了多处天文台配合地面测控。包括云南昆明40米口径和北京密云50米口径射电望远镜,以及中科院上海天文台刚建成的65米口径射电望远镜,为嫦娥三号任务提供精确测控保障。

“测控网和天文台相互备份,可以确保遥操作精准。”庞之浩说,两个以上的天文射电望远镜组合起来可以实现测轨和定轨,于是我国采用了测控网与天文测量技术联合测轨的方法,用以提高定轨精度。

这种联合测控的方式将在未来的深空测控网中得到更多应用。按照计划,佳木斯64米口径测控站、喀什35米口径测控站以及将于2016年建成的南美测控站将构成的三站联网的深空测控网。而未来新疆乌鲁木齐天文观测站要建立80米口径望远镜,也将是未来深空测控的补充力量。

海外布局“一波三折”

2011年11月3日,在神舟八号和天宫一号交会对接时,北京航天飞控中心的大屏幕上出现了在澳大利亚西部城市当加拉设立的测控站画面,引起了包括美国在内的航天大国的关注。

中国的官方报道称,由于在天宫一号和神舟八号交会对接任务中,系统需要同时完成对两个航天器的测控通信管理,针对这一要求,新建了澳大利亚当加拉监测站。

据了解,澳大利亚批准中国在澳大利亚西部的当加拉测控站园区内设立中国地面测控站的条件是只能民用。当地报纸报道说,测控站是由瑞典空间公司建立的,后来被租借给北京,但关键设备都是从中国运来。

由于其独特的地理位置,加上澳大利亚是美国的传统盟国,美国在澳大利亚有驻军及军事设施,中国首次在美国的盟国建立这类设施,引起了美国的警惕。尽管瑞典空间研究中心和澳大利亚当局解释说,测控站只用于民用,但并未消除美国的疑虑。

事实上,中国自1990年代开始尝试在国外建立陆基测控站。目前已在海外建立了五个可以使用的航天测控站。这些海外测控站与海基测量船、国内陆基以及天链1号、2号组成一道先进的航天测控网。

如同当加拉监测站一样,中国建立海外陆基测控站过程中一波三折,经历过各种干扰。

1995年,由于中国发射卫星后要专门派遣远望号测控船到南太平洋进行测控,耗资巨大。经有关部门分析论证,提出在附近的基里巴斯建一个测控站,以节省大笔费用。从1995年6月开始,中方先后多次与基里巴斯商谈建站事宜。1996年基里巴斯政府答应租给中国政府一块位于塔拉瓦面积一公顷的土地并正式达成协议。塔拉瓦测控站1997年1月开建,当年6月6日建成,成为中国在国外建立的第一个自主航天测控站。

建成使用期间,塔拉瓦测控站多次测控了中国发射的卫星,成为中国航天测控网的一个组成部分。不过,后因2003年基里巴斯政局变化,基里巴斯新政府与台湾“建交”,中方最终从塔拉瓦测控站撤出。此后,主要依赖远望系列测控船在南半球监控卫星和飞船。

虽然塔拉瓦测控站的建设最终流产,但在巴基斯坦和非洲等地测控站的建立将海外布局推进了一大步。

1998年,根据中国航天飞船的工艺要求和总体安排,决定在巴基斯坦卡拉奇建立一个航天测控站。卡拉奇站站址选在巴基斯坦空间与上层大气研究委员会的院内,1999年10月1日落成,成为中国第二个海外测控站,为神舟一号、二号的发射回收提供了支持。

此后,由于中国航天重点实施载人航天工程,每次飞船执行任务对精确测控提出了更高要求,所以新建的海外测控站多根据载人飞船的飞行轨迹进行选点布局。

在中国前驻纳米比亚大使陈来元的记忆中,由于神舟飞船返回段航程经过南部非洲靠近纳米比亚上空,需要在纳米比亚建立航天测控站以实现全程跟踪测量,但纳米比亚站的建立也同样一波三折。

2000年10月,中国与纳米比亚签署建站协定,但此后租地问题上出现了麻烦,最后中方只得向时任纳米比亚总统努乔马求助,在努乔马过问和关照下,中方得以先动工建站,再补办相关手续。2001年1月中旬测控站动工建设,7月下旬落成后,即发挥作用。神舟三号、四号飞船及五号载人飞船的顺利返回,与该站准确测控并发出正确指令密切相关。

另一个非洲测控站马林迪站则直接与神舟五号的任务有关。

由于神舟五号是载人飞船,必须确保搜救组能在最短的时间里寻找到着陆的飞船,必须在赤道附近西经40度左右的区域内建一个“望塔”来填补将近10分钟的数据真空。

如同当加拉监测站一样,中国建立海外陆基测控站过程中一波三折,经历过各种干扰。

1995年,由于中国发射卫星后要专门派遣远望号测控船到南太平洋进行测控,耗资巨大。经有关部门分析论证,提出在附近的基里巴斯建一个测控站,以节省大笔费用。从1995年6月开始,中方先后多次与基里巴斯商谈建站事宜。1996年基里巴斯政府答应租给中国政府一块位于塔拉瓦面积一公顷的土地并正式达成协议。塔拉瓦测控站1997年1月开建,当年6月6日建成,成为中国在国外建立的第一个自主航天测控站。

建成使用期间,塔拉瓦测控站多次测控了中国发射的卫星,成为中国航天测控网的一个组成部分。不过,后因2003年基里巴斯政局变化,基里巴斯新政府与台湾“建交”,中方最终从塔拉瓦测控站撤出。此后,主要依赖远望系列测控船在南半球监控卫星和飞船。

虽然塔拉瓦测控站的建设最终流产,但在巴基斯坦和非洲等地测控站的建立将海外布局推进了一大步。

1998年,根据中国航天飞船的工艺要求和总体安排,决定在巴基斯坦卡拉奇建立一个航天测控站。卡拉奇站站址选在巴基斯坦空间与上层大气研究委员会的院内,1999年10月1日落成,成为中国第二个海外测控站,为神舟一号、二号的发射回收提供了支持。

此后,由于中国航天重点实施载人航天工程,每次飞船执行任务对精确测控提出了更高要求,所以新建的海外测控站多根据载人飞船的飞行轨迹进行选点布局。

在中国前驻纳米比亚大使陈来元的记忆中,由于神舟飞船返回段航程经过南部非洲靠近纳米比亚上空,需要在纳米比亚建立航天测控站以实现全程跟踪测量,但纳米比亚站的建立也同样一波三折。

2000年10月,中国与纳米比亚签署建站协定,但此后租地问题上出现了麻烦,最后中方只得向时任纳米比亚总统努乔马求助,在努乔马过问和关照下,中方得以先动工建站,再补办相关手续。2001年1月中旬测控站动工建设,7月下旬落成后,即发挥作用。神舟三号、四号飞船及五号载人飞船的顺利返回,与该站准确测控并发出正确指令密切相关。

另一个非洲测控站马林迪站则直接与神舟五号的任务有关。

由于神舟五号是载人飞船,必须确保搜救组能在最短的时间里寻找到着陆的飞船,必须在赤道附近西经40度左右的区域内建一个“望塔”来填补将近10分钟的数据真空。

2003 年初,中国航天测控工程专家组与与罗马大学和意大利航空局进行合作谈判,决定租用意大利罗马大学布罗格里奥空间中心建在马林迪的圣马可营地,并从国内调配专家和设备组建了马林迪航天测控站。

马林迪测控站是神舟五号和神舟六号发射工程中唯一一个部分租用的测控站。完成神舟五号飞船测控任务后,马林迪测控站成为中国西安卫星测控中心测控网络中第4个重要的测控节点。

神舟七号飞船将执行出舱实验任务,为保证出舱活动的安全,中国又在智利增加一个测控站。2008年中国在智利圣地亚哥建立了中国卫星测控站,由此,中国航天测控网节点开始进入南美腹地,国外测控站的总数达到5个。

智利圣地亚哥站先后参与了中国一些重大航天项目的地面测控工作,特别是2010年10月1日对“嫦娥二号”的测控,由于该站的启用,加上与欧洲空间操作中心及所属的位于南美的库鲁测控站进行合同,使得测控通信覆盖率达到98%。

按照中国探月任务目标要求,中国将在2016年完成航天测控全球网络布局,并具备深空探测能力,用于支持未来中国探月工程的月球探测器返回地球、载人登月、火星探测及其他深空探测任务。 (记者席志刚)

来源:中国新闻周刊


本文内容于 2013/12/12 11:01:53 被西漠编辑

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