深空夢(mèng)想“一線”牽 嫦娥二號(hào)剩最后“大考”

　　10月9日，嫦娥二號(hào)任務(wù)迎來一次標(biāo)志性突破：成功進(jìn)入預(yù)定的100公里環(huán)月圓軌道。這個(gè)“使命軌道”的進(jìn)入，意味著嫦娥二號(hào)任務(wù)的基本成功。剩下最后一次“大考”——降軌至近月點(diǎn)15公里，拍攝并傳回未來嫦娥三號(hào)探測(cè)器落月備選著陸區(qū)的精細(xì)影像。然后“嫦娥二號(hào)”將圓滿完成使命。

　　探月揭開了中國(guó)走向太空深處的大幕，“嫦娥二號(hào)”則揭開了中國(guó)探月工程二期落月目標(biāo)的序幕。向深空走得更遠(yuǎn)，測(cè)控是關(guān)鍵，它是衛(wèi)星與地球聯(lián)系的唯一紐帶。伴隨中國(guó)第二次進(jìn)入深空，測(cè)控技術(shù)也在考驗(yàn)中邁向深空時(shí)代。

　　“嫦娥二號(hào)”測(cè)控實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)突破與創(chuàng)新

　　據(jù)擔(dān)負(fù)嫦娥二號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工作的北京跟蹤與通信技術(shù)研究所專家介紹，嫦娥二號(hào)任務(wù)的測(cè)控系統(tǒng)主要由3個(gè)中心、3條測(cè)量船、6個(gè)位于國(guó)內(nèi)的測(cè)控站、1個(gè)建于國(guó)外的測(cè)控站、4個(gè)天文觀測(cè)站及1個(gè)國(guó)際聯(lián)網(wǎng)測(cè)控站組成。

　　從地球飛到月球，類似星際探測(cè)。距離越長(zhǎng)，傳回的無線電信號(hào)就越弱。最難的就是如何跟蹤衛(wèi)星得到星上的狀態(tài)，以及如何去控制衛(wèi)星。測(cè)控系統(tǒng)的任務(wù)就是遠(yuǎn)距離遙控航天器，確保跟蹤完整，測(cè)量準(zhǔn)確和指令無誤。專家打比喻說，如果說航天器是風(fēng)箏，測(cè)控系統(tǒng)就是一根無形的牽引線。

　　嫦娥二號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師董光亮說，測(cè)控系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)整體，通過與箭載和星載測(cè)控合作目標(biāo)的配合，共同完成對(duì)火箭和衛(wèi)星的各項(xiàng)測(cè)控任務(wù)。

　　和嫦娥一號(hào)任務(wù)相比，嫦娥二號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)出現(xiàn)多項(xiàng)變化。北京跟蹤與通信技術(shù)研究所測(cè)控專家李海濤介紹說，嫦娥一號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)利用2艘測(cè)量船即可完成測(cè)控任務(wù),而“嫦娥二號(hào)”任務(wù)采用了可連續(xù)3天發(fā)射并將衛(wèi)星直接送入地月轉(zhuǎn)移軌道的發(fā)射方案，發(fā)射段測(cè)量船數(shù)量由2艘調(diào)整為3艘；嫦娥一號(hào)任務(wù)中衛(wèi)星攜帶的CCD相機(jī)自主完成成像，圖像分辨率較低，嫦娥二號(hào)任務(wù)為滿足月球虹灣地區(qū)高分辨率成像要求，需要地面利用軌道預(yù)報(bào)生成CCD相機(jī)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，并注入衛(wèi)星才能完成成像。

　　10月9日成功進(jìn)入“使命軌道”，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在這個(gè)100公里的環(huán)月圓軌道上調(diào)整并運(yùn)行一段時(shí)間，隨后將在月球背面進(jìn)行1次降軌，使近月點(diǎn)高度降低為15公里，并在虹灣上空進(jìn)行精細(xì)探測(cè)。

　　西安衛(wèi)星測(cè)控中心的專家介紹說，由于衛(wèi)星環(huán)月運(yùn)行高度只有100公里，近月點(diǎn)高度最低只有15公里，月球非球形引力對(duì)軌道攝動(dòng)影響較大，加之月球表面有很多環(huán)形山，最高的環(huán)形山達(dá)到9000米高度，比珠穆朗瑪峰還要高。軌道低，環(huán)境復(fù)雜，對(duì)精密定軌技術(shù)是一次實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。需要提高軌道改進(jìn)和預(yù)報(bào)精度，為高質(zhì)量的月球探測(cè)任務(wù)提供保障。

　　當(dāng)嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在100公里圓軌道和15公里軌道的近月點(diǎn)處時(shí)，西安衛(wèi)星測(cè)控中心青島測(cè)控站或喀什測(cè)控站將會(huì)為嫦娥二號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行成像數(shù)據(jù)注入，分別對(duì)嫦娥三號(hào)探測(cè)器的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行成像試驗(yàn)。

　　針對(duì)此次工程目標(biāo)與科學(xué)目標(biāo)的變化要求，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)突破與創(chuàng)新，包括首次開展有關(guān)月球噪聲對(duì)測(cè)控鏈路的影響的試驗(yàn)項(xiàng)目、采用新的編碼技術(shù)、以及嫦娥三號(hào)任務(wù)將使用的國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)的軌道測(cè)量技術(shù)。

　　我國(guó)航天首次驗(yàn)證深空測(cè)控技術(shù)

　　在此前的地月轉(zhuǎn)移軌道段，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行了X頻段測(cè)控技術(shù)試驗(yàn)，驗(yàn)證了將用于嫦娥三號(hào)任務(wù)的測(cè)控關(guān)鍵技術(shù)。X頻段用于航天測(cè)控在我國(guó)尚屬首次。

　　X頻段深空測(cè)控體制試驗(yàn)的成功實(shí)施將使無線電傳輸信號(hào)頻率大大提高，遠(yuǎn)距離測(cè)控通信效果更好、測(cè)量精度更準(zhǔn)、信息容量更大，是我國(guó)邁向深空探測(cè)的重要一步。

　　“未來深空探測(cè)任務(wù)的主用測(cè)控頻段是X頻段，國(guó)際上主要航天大國(guó)和組織基本上都采用這一標(biāo)準(zhǔn)頻段。這是國(guó)際深空測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。X頻段測(cè)控技術(shù)也是支持我國(guó)深空網(wǎng)建設(shè)和后續(xù)探月工程任務(wù)的重要技術(shù)�！辨隙鸲�號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師錢衛(wèi)平說，“與現(xiàn)在使用的但日益擁擠的S頻段相比，X頻段測(cè)控資源更豐富；X頻段無線電傳輸信號(hào)頻率更高，軌道測(cè)量精度會(huì)更精細(xì)；也易于實(shí)現(xiàn)星載測(cè)控設(shè)備的小型化，從而減輕重量，有利于航天器飛得更遠(yuǎn)。”

　　所謂“深空”有一定的定義。專家解釋說，一般認(rèn)為地球150萬公里以外屬于深空探測(cè)，比如火星、金星探測(cè)等。月球離地球大約40萬公里，但由于150萬公里到40萬公里之間沒有什么更大的行星，以及根據(jù)實(shí)際情況，我們將月球探測(cè)定義為我國(guó)深空探測(cè)的起點(diǎn)。

　　據(jù)介紹，此次為探月工程二期任務(wù)研制的專項(xiàng)測(cè)控設(shè)備——S/X頻段統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)首次投入月球探測(cè)工程，目前正在嫦娥二號(hào)衛(wèi)星測(cè)控任務(wù)中發(fā)揮重要作用。

　　嫦娥二號(hào)任務(wù)測(cè)控系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師李國(guó)民介紹說，嫦娥二號(hào)衛(wèi)星繞月段40萬公里，信號(hào)微弱，動(dòng)態(tài)大，對(duì)測(cè)控設(shè)備提出了更高的要求。S/X頻段統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)分別部署在西安衛(wèi)星測(cè)控中心的青島測(cè)控站和喀什測(cè)控站。在嫦娥二號(hào)任務(wù)中，這兩套18米口徑的測(cè)控設(shè)備將同時(shí)承擔(dān)起對(duì)嫦娥衛(wèi)星的主要測(cè)控任務(wù)�？芍С�200萬公里以內(nèi)航天器測(cè)控通信，具備與國(guó)際深空站聯(lián)網(wǎng)工作的能力。

　　錢衛(wèi)平說，此次任務(wù)中，還是以S頻段測(cè)控為主，X頻段在“嫦娥二號(hào)”上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證后，將在后續(xù)的探月任務(wù)上使用，相信通過反復(fù)實(shí)戰(zhàn)演練，X頻段測(cè)控技術(shù)將在未來深空探測(cè)中發(fā)揮重要作用。

　　中國(guó)在深空測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展步伐將不斷加快

　　據(jù)介紹，隨著探月工程逐步向深入展開，我國(guó)深空測(cè)控網(wǎng)的建設(shè)步伐將不斷加快，按照計(jì)劃安排，預(yù)計(jì)2012年建成深空測(cè)控網(wǎng)國(guó)內(nèi)部分，2016年前后建成國(guó)外部分。

　　此前，我國(guó)深空測(cè)控網(wǎng)的建設(shè)已按規(guī)劃全面展開，初步形成一定規(guī)模，圓滿完成了嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的測(cè)控任務(wù)，為我國(guó)航天測(cè)控事業(yè)寫下了新的一頁。

　　隨著以嫦娥二號(hào)衛(wèi)星為先導(dǎo)星的探月二期工程的逐步展開，中國(guó)在深空測(cè)控領(lǐng)域的發(fā)展步伐也將不斷加快，中國(guó)的深空探測(cè)事業(yè)前景看好。錢衛(wèi)平說，目前，我國(guó)深空網(wǎng)建設(shè)已全面展開，正在喀什和佳木斯建設(shè)深空測(cè)控站，它們將在二期工程的嫦娥三號(hào)、四號(hào)任務(wù)中發(fā)揮作用，而南美地區(qū)的深空測(cè)控站預(yù)計(jì)到2016年左右建成，之后可以實(shí)現(xiàn)三站聯(lián)網(wǎng)，將為我國(guó)后續(xù)深空探測(cè)提供更好的測(cè)控支持。

　　根據(jù)任務(wù)需要，將在喀什站安裝口徑達(dá)到35米的測(cè)控天線，在佳木斯安裝口徑達(dá)到64米并同時(shí)具備三個(gè)頻段功能的測(cè)控天線，同時(shí)在南美建設(shè)第三個(gè)擁有大口徑天線的深空測(cè)控站。

　　其中，64米站可完成我國(guó)探月二、三期以及火星探測(cè)等深空測(cè)控任務(wù)，是我國(guó)第一套深空測(cè)控站，其作用距離約4億公里。

　　錢衛(wèi)平說，由這三個(gè)測(cè)控站構(gòu)成的三站聯(lián)網(wǎng)的深空測(cè)控網(wǎng)，將用于支持中國(guó)將來的載人登月、火星探測(cè)和其他深空探測(cè)任務(wù)。

　　此外，作為探月天文觀測(cè)站，“嫦娥一號(hào)”時(shí)使用的云南昆明40米口徑和北京密云50米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，是我國(guó)當(dāng)前最大的兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡。目前，中科院上海天文臺(tái)正建設(shè)65米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，新疆烏魯木齊天文觀測(cè)站要建立80米口徑望遠(yuǎn)鏡，這些將是未來深空測(cè)控的補(bǔ)充力量。

　　-延伸閱讀——“嫦娥”三大測(cè)控中心

　　西昌衛(wèi)星發(fā)射中心、北京航天飛行控制中心和西安衛(wèi)星測(cè)控中心。它們有不同分工，分別側(cè)重不同的測(cè)控任務(wù)，相互配合，協(xié)同工作。

　　西昌衛(wèi)星發(fā)射中心主要擔(dān)負(fù)著發(fā)射時(shí)對(duì)火箭的測(cè)控任務(wù)，接收記錄北京中心轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)并提供給衛(wèi)星系統(tǒng)。準(zhǔn)確判斷運(yùn)載火箭飛行狀態(tài)，在發(fā)生故障、情況危急時(shí)立即正確分析情況即刻做出相應(yīng)決策，同時(shí)必須避免錯(cuò)判、誤判和漏判等動(dòng)作，以保證發(fā)射段火箭與衛(wèi)星的絕對(duì)安全。

　　北京航天飛行控制中心是嫦娥二號(hào)任務(wù)全過程的指揮控制神經(jīng)中樞，是所有測(cè)控信息的集散地。它擔(dān)負(fù)著任務(wù)全過程的測(cè)控重任，測(cè)控指揮部就設(shè)在這里，便于專家們對(duì)一些重大測(cè)控事件進(jìn)行分析與做出決策。針對(duì)嫦娥二號(hào)任務(wù)的106種故障預(yù)案所設(shè)定的153種故障處理對(duì)策，以及嫦娥二號(hào)衛(wèi)星在奔月之路上的各種重要測(cè)控事件，無不與這個(gè)中心的指揮控制息息相關(guān)。所有測(cè)控設(shè)備接收的信息都要匯集到此進(jìn)行分析處理，而對(duì)衛(wèi)星發(fā)出的所有指令也要通過這里發(fā)送。

　　西安衛(wèi)星測(cè)控中心從載人航天任務(wù)起開始作為北京航天飛行控制中心的軌道計(jì)算備份中心，在“嫦娥”任務(wù)中也是。但除此之外，“嫦娥”任務(wù)中給西安衛(wèi)星測(cè)控中心賦予了確定衛(wèi)星初始軌道的任務(wù)，初始軌道根數(shù)確定之后，才意味著發(fā)射的成功。而且，位于各個(gè)測(cè)控站點(diǎn)的測(cè)控設(shè)備上的信息有許多不能直接傳送到北京中心，必須先傳到西安衛(wèi)星測(cè)控中心之后再匯集到北京中心。同時(shí)西安衛(wèi)星測(cè)控中心一個(gè)極其重要的任務(wù)，是作為各個(gè)測(cè)控站的網(wǎng)管中心，負(fù)責(zé)各測(cè)控站任務(wù)的分配、測(cè)控站使用管理及調(diào)度。在其管理調(diào)度下，目前，我國(guó)以S頻段為主的航天測(cè)控網(wǎng)除擔(dān)負(fù)著載人航天任務(wù)、嫦娥任務(wù)外，還能同時(shí)為50顆以上的衛(wèi)星提供測(cè)控支持。本報(bào)記者　余建斌