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探寻中国“新澳门萄京娱乐场官网深空探测网”

2019-05-28 20:01

在美国航空航天局的航天器中,“旅行者”号可称得上是元老了,与其他最新航天器相比,在技术和设备上肯定落后一些。

  中国布局“深空测控网”

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新澳门萄京娱乐场官网,  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

“旅行者”号的计算机内存仅有68Kb,装配着8轨磁带机,而新近发射的航天器已装配数码设备;“旅行者”号与地面工作人员建立联系需要花费很长时间,如果地面发出的信号以光速出发,单程抵达“旅行者1”号需要17小时,单程抵达“旅行者2”号需要14小时;此外,“旅行者”号的发射功率较弱,是通过一个23瓦发射器与地面进行联系,这种功率仅相当于电冰箱保鲜柜的灯泡。

  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。

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  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。

“旅行者”号的主要载荷包括10个仪器,除了“旅行者1”号搭载的等离子勘测仪外,所有载荷设备均运行正常。

  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。

行星射电天文仪和“旅行者1”号紫外线光谱仪负责数据收集,飞行数据子系统和一个8轨磁带机提供数据处理功能。飞行数据子系统配置每个仪器和控制操作仪器,同时收集工程和科学数据,形成用于传输的数据格式。8轨数字磁带机用于记录高等级PWS数据,每隔6个月对这些数据进行回放。指令计算机子系统提供序列和控制功能,包括固定程序操作,例如指令解码、故障检测、常规性校正、天线位置信息以及航天器序列信息。位置和衔接控制子系统控制航天器方位,维持高增益天线朝向地球,控制位置调遣和定位扫描平台。

  遥操作“三大中心”

上行通信系统是通过S-波段进行传输,而X-波段发射器提供下行遥感勘测,并提供高等级等离子体波数据回放。探测器所有数据的传播和接收是通过3.7米高增益天线实现的。

  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。

“旅行者”号的电源是由三个放射性同位素热电发电机提供的,每个探测器当前的功率等级约为315瓦。

  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。

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  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。

目前,两艘“旅行者”号飞船都依赖美国航空航天局深空网与地球保持联系。美国航空航天局深空网是一个覆盖全球的巨型测控站网络,用以支持开展行星际探测,并可以执行雷达或射电天文观测项目。有时深空网也会被用于支持地球轨道卫星的测控任务。

  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。

目前深空网共包括三座经度间隔120°的大型测控站,分别是设在美国加利福尼亚州莫哈维沙漠的戈德斯通测控站、西班牙境内的马德里测控站以及设在澳大利亚堪培拉附近的澳洲测控站。这种覆盖全球的分布位置让深空网在开展探测器测控时,随着地球的转动仍然能够对目标保持不间断的监控。优越的地理位置和先进的技术使美国航空航天局深空网成为目前世界上科学领域规模最大、灵敏度最高的深空通信测控系统。

  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。

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  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。

美国航空航天局对太阳系展开的探测行动基本上都是由无人自动探测器完成的,而在此过程中,深空网系统便提供了至关重要的双向通信和测控支持,并负责将探测器获得的宝贵图像和其他数据资料下载下来。所有的深空网天线都是高灵敏度且可转动的,可以自由调节测控角度。

  “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。

深空网的天线和数据采集系统使其至少可以达成以下六项目的:获取探测器的测控数据;向探测器传输指令;跟踪获取探测器位置和速度数据;开展甚长基线干涉观测;进行射电科学实验;科学数据下载保存。

  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。

深空网系统由美国航空航天局喷气推进实验室内设的行星际网络委员会负责项目管理。

  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。

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