商业航天测控之——我国航天器测控网发展现状

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航天器测控取得成就

我国航天器测控网经过数十年的发展和完善，已形成了包括国内外陆基测控站与测量船组成的地基测控网，中继卫星与导航卫星组成的天基测控通信网以及国内外陆基站组成的深空测控通信网，圆满完成了包括运载火箭、中低轨道卫星、地球同步轨道卫星、载人航天器、深空航天器等不同特点的航天器测控任务。在此期间我国航天测控取得了如下重大突破性成就：

我国分别于1970年初建成低轨卫星观测网，1973年基本建成具有控制和回收功能的卫星观测网，先后在东方红一号卫星和返回式遥感卫星发射任务中发挥了重要作用。以远程导弹全程飞行试验任务、潜地导弹海上飞行试验任务和地球同步通信卫星发射试验任务等三大任务为重点，成功实现我国导弹航天测控网成体系规划、设计和建设的新跃升，改变了“测控跟着型号跑”的被动局面，成为我国的测控综合设施。以远望测量船队的建成为标志，实现了我国航天测控由陆地向远洋拓展的重要突破。其中，远望五号和远望六号两艘新测量船于2008年9月同时出海参加神舟七号载人航天飞行任务。

自主建成载人航天测控通信网，实现载人航天的重大突破。载人航天工程测控通信系统，是我国迄今为止规模最大、功能最全、技术最先进的测控通信网，既能满足载人航天任务的需要，又能同时为多种卫星提供测控通信支持，在技术上实现了多项重大突破。“北斗”卫星导航系统与“天链”卫星中继系统的建设与应用，标志着我国航天测控网的发展实现了由地基测控网向天基测控通信网的重要跨越。以探月工程为牵引，嫦娥一号卫星测控任务的圆满完成标志着我国深空测控能力实现重要突破。我国测控系统正在设计建设自己的深空网，为实现我国月球探测二、三期工程的任务目标和未来的深空探测任务而努力。
一、航天器地基测控网

我国的航天器地基测控网由西安卫星测控中心、陆基固定TT＆C站、活动TT＆C站和远洋航天测量船等组成。根据任务测控覆盖率的要求，进行不同的组合，可对各种航天器提供测控支持。

卫星测控网配置了C频段统一测控系统、S频段统一测控系统、超短波统一测控系统、单脉冲精密测量雷达等测控设备。各主要TT＆C站（船）均具有数据处理功能。卫星通信、有线通信构成的通信网把西安卫星测控中心与TT＆C站（船）连接起来，支持数据、语音、电报、传真等通信。

1996年3月我国的航天器地基测控网除了原有的西安卫星测控中心外，又增建了北京航天飞行控制中心 。他是中国载人航天工程任务的指挥调度、飞行控制、分析计算、数据处理和信息交换中心，也是我国绕月探测工程的飞行控制中心，承担绕月探测卫星“嫦娥一号”飞行控制和长期管理任务。
测控网功能和提供服务

1.测控网功能

跟踪测轨，确定卫星飞行轨道；接收和处理卫星遥测数据，监视卫星工况；向卫星发送遥控指令和注入数据，对卫星飞行轨道、姿态、转速、返回及星上设备的工作状态进行控制；回收卫星回收舱；当卫星出现故障时，实施故障对策；进行测控网内外的信息交换。

2.测控网提供服务

对近地轨道卫星（包括返回式卫星和其它航天器）进行全过程测控及长期在轨管理；对太阳同步轨道卫星进行全过程测控及长期在轨管理；对地球同步轨道卫星进行全过程测控及长期在轨管理；对在轨航天器提供测控支持；同时支持多颗卫星的测控与长期在轨管理；对外星发射支持服务及卫星测控国际联网；为各用户提供有关数据资料。
测控网设备配置和用途

设备配置

西安卫星测控中心：它是卫星测控网的指挥决策中心，信息处理、交换中心和卫星在轨管理中心。它由计算机系统、监控显示系统、通信系统、时间频率系统、计量测试系统组成。

固定TT＆C站：国内有喀什站、渭南站、南宁站、厦门站、长春站、青岛站、闽西站、东风站、兴县站、宜宾站、库尔勒站、佳木斯站、三亚站、西沙站等，还可以根据需要综合利用发射场所属的测控站。驻国外的有马林迪站、纳米比亚站、卡拉奇站、圣地亚哥站和基律纳站等。

活动TT＆C站：第一活动站、第二活动站、着陆场站。

测量船：远望一号至远望六号测量船。根据任务需求，可布设于我国领海和公海上的任何海域。

设备用途

C频段统一测控系统：地球同步轨道卫星的跟踪测量、控制、遥测信号的接收解凋；与国际同频段测控网联网。

S频段统一测控系统：近地轨道卫星、太阳同步轨道卫星和地球同步轨道卫星的跟踪测量、控制、遥测信号的接收解调；与国际同频段测控网联网。

单脉冲精密测量雷达：近地轨道卫星，太阳同步轨道卫星和其它航天器入轨段、运行段和返回段的轨道测量；兼顾其他空中目标的跟踪测量。

超短波统一测控系统：近地轨道卫星和太阳同步轨道卫星的跟踪测量、控制、遥测信号的接收解调。

限动天线C频段统一测控系统：地球同步轨道卫星定点后的长期在轨测控管理。

C频段卫星遥测单收站：卫星遥测数据的接收与解调。

二、航天器天基测控通信网——中继卫星系统

1.组成

我国第一代中继卫星由用户中继终端、中继卫星和地面应用系统组成，如图 1所示。

图 1 中继卫星系统组成示意图[5]

我国从2007年以来已发射了“天链一号”的4颗中继卫星。其中由定点于76.95°E的01星、定点于176.76°E的02星、定点于16.65° E的03星和定点于76.40°E的04星实现全球组网。前3颗卫星组网可对350km以上的中继用户提供100％全球覆盖，对地面中继用户提供80％以上覆盖，其覆盖特性显著优于地面站组网。

2.用途

中继卫星的主要优点是覆盖性大、实时性强、经济性好。它有广泛用途。

导弹、运载火箭测控：对导弹全程测量，对火箭飞行动力段实施测控，并尽可能实现全程测控，缓解测量船数量及调配时效性的需求。

航天器发射及早期运行段测控：在航天器发射入轨段及早期轨道段，对卫星入轨的姿态建立、帆板展开等平台状态进行监视，必要时进行控制和应急处置。

中低轨卫星长期管理测控：卫星长期在轨应用期间，卫星的实时操作及应急处置(如卫星轨道及姿态的应急调整、载荷工作状态的实时改变、卫星异常状态的应急处置等工作)。

载人航天器测控：在发射及早期轨道段主要是增强测控能力，减少对测量船的使用压力，提高测控效能；在运行段，只有利用中继卫星的高覆盖率支持，才能使地面人员随时了解掌握在轨航天器及航天员的运行状况，一旦出现紧急情况，即可开展应急处置工作，最大限度保障人员的安全；在返回段正常条件下，通过中继卫星和地基测控网的共同支持以提高飞船返回段的测控能力，异常条件下，掌握飞船返回过程及航天员状态，提升异常条件下飞船返回的测控能力。

对地观测卫星实时数据传输：可为我国中低轨道资源卫星提供高、中或低速率的数据中继服务。

多目标测控：能同时为多个用户提供跟踪与数据中继服务。

应用示例：我国自2008年4月第1颗 “天链一号”01星发射并试用以来，已成功应用于载人飞船的数据中继、测控和跟踪、空间交会对接，遥感卫星高速数据传输，航天器测控以及航空器、舰船等非航天器平台的数据中继传输。 图 2为“天链一号” 01星、02星组网相助“神舟八号” 载人飞船与“天宫一号”目标飞行器空间交会对接示意图。



     图 2 “天链一号”协助“神舟八号”与“天宫一号”空间交会对接示意图

对北斗卫星导航系统作为天基测控来说，主要功能是为各种飞行器提供时空基准。

三、航天器深空测控通信网

1.深空测控目标与任务

对月球探测器、火星探测器以及其它深空探测器进行跟踪测量导航、健康状态监视、任务飞行控制、探测任务操作和数据传输通信。

2.深空测控系统组成

我国深空测控站部署在喀什、佳木斯和南美的阿根廷，测控站的典型组成如图 5所示，它是一套复杂的多频段（S/Ｘ/Ｋa）测控系统。该系统除常规TT&C测控站测量方式外，还包括三向测量、甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometer，VLBI） 等满足深空任务特点的测量方式。前者可以完成深空大时延情况下的测速测距功能，后者可以完成远距离深空探测器的精密角度测量。

图3　典型深空测控地面系统组成

（作者：闵士权，刘光明，刘建平）

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