我国航天首次验证深空测控技术

　　10月9日，嫦娥二号任务迎来一次标志性突破：成功进入预定的100公里环月圆轨道。这个“使命轨道”的进入，意味着嫦娥二号任务的基本成功。剩下最后一次“大考”——降轨至近月点15公里，拍摄并传回未来嫦娥三号探测器落月备选着陆区的精细影像。然后“嫦娥二号”将圆满完成使命。

　　探月揭开了中国走向太空深处的大幕，“嫦娥二号”则揭开了中国探月工程二期落月目标的序幕。向深空走得更远，测控是关键，它是卫星与地球联系的唯一纽带。伴随中国第二次进入深空，测控技术也在考验中迈向深空时代。

　　“嫦娥二号”测控实现多项技术突破与创新

　　据担负嫦娥二号任务测控系统总体设计工作的北京跟踪与通信技术研究所专家介绍，嫦娥二号任务的测控系统主要由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个国际联网测控站组成。

　　从地球飞到月球，类似星际探测。距离越长，传回的无线电信号就越弱。最难的就是如何跟踪卫星得到星上的状态，以及如何去控制卫星。测控系统的任务就是远距离遥控航天器，确保跟踪完整，测量准确和指令无误。专家打比喻说，如果说航天器是风筝，测控系统就是一根无形的牵引线。

　　嫦娥二号任务测控系统副总设计师董光亮说，测控系统是一个有机的系统整体，通过与箭载和星载测控合作目标的配合，共同完成对火箭和卫星的各项测控任务。

　　和嫦娥一号任务相比，嫦娥二号任务测控系统出现多项变化。北京跟踪与通信技术研究所测控专家李海涛介绍说，嫦娥一号任务测控系统利用2艘测量船即可完成测控任务,而“嫦娥二号”任务采用了可连续3天发射并将卫星直接送入地月转移轨道的发射方案，发射段测量船数量由2艘调整为3艘；嫦娥一号任务中卫星携带的CCD相机自主完成成像，图像分辨率较低，嫦娥二号任务为满足月球虹湾地区高分辨率成像要求，需要地面利用轨道预报生成CCD相机相关参数数据，并注入卫星才能完成成像。

　　10月9日成功进入“使命轨道”，嫦娥二号卫星在这个100公里的环月圆轨道上调整并运行一段时间，随后将在月球背面进行1次降轨，使近月点高度降低为15公里，并在虹湾上空进行精细探测。

　　西安卫星测控中心的专家介绍说，由于卫星环月运行高度只有100公里，近月点高度最低只有15公里，月球非球形引力对轨道摄动影响较大，加之月球表面有很多环形山，最高的环形山达到9000米高度，比珠穆朗玛峰还要高。轨道低，环境复杂，对精密定轨技术是一次实战检验。需要提高轨道改进和预报精度，为高质量的月球探测任务提供保障。

　　当嫦娥二号卫星在100公里圆轨道和15公里轨道的近月点处时，西安卫星测控中心青岛测控站或喀什测控站将会为嫦娥二号卫星进行成像数据注入，分别对嫦娥三号探测器的预选着陆区进行成像试验。

　　针对此次工程目标与科学目标的变化要求，嫦娥二号卫星测控系统需要实现多项技术突破与创新，包括首次开展有关月球噪声对测控链路的影响的试验项目、采用新的编码技术、以及嫦娥三号任务将使用的国际新标准的轨道测量技术。

　　我国航天首次验证深空测控技术

　　在此前的地月转移轨道段，嫦娥二号卫星进行了X频段测控技术试验，验证了将用于嫦娥三号任务的测控关键技术。X频段用于航天测控在我国尚属首次。

　　X频段深空测控体制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，是我国迈向深空探测的重要一步。

　　“未来深空探测任务的主用测控频段是X频段，国际上主要航天大国和组织基本上都采用这一标准频段。这是国际深空测控技术的发展趋势。X频段测控技术也是支持我国深空网建设和后续探月工程任务的重要技术。”嫦娥二号任务测控系统总设计师钱卫平说，“与现在使用的但日益拥挤的S频段相比，X频段测控资源更丰富；X频段无线电传输信号频率更高，轨道测量精度会更精细；也易于实现星载测控设备的小型化，从而减轻重量，有利于航天器飞得更远。”

　　所谓“深空”有一定的定义。专家解释说，一般认为地球150万公里以外属于深空探测，比如火星、金星探测等。月球离地球大约40万公里，但由于150万公里到40万公里之间没有什么更大的行星，以及根据实际情况，我们将月球探测定义为我国深空探测的起点。

　　据介绍，此次为探月工程二期任务研制的专项测控设备——S/X频段统一测控系统首次投入月球探测工程，目前正在嫦娥二号卫星测控任务中发挥重要作用。

　　嫦娥二号任务测控系统副总设计师李国民介绍说，嫦娥二号卫星绕月段40万公里，信号微弱，动态大，对测控设备提出了更高的要求。S/X频段统一测控系统分别部署在西安卫星测控中心的青岛测控站和喀什测控站。在嫦娥二号任务中，这两套18米口径的测控设备将同时承担起对嫦娥卫星的主要测控任务。可支持200万公里以内航天器测控通信，具备与国际深空站联网工作的能力。

　　钱卫平说，此次任务中，还是以S频段测控为主，X频段在“嫦娥二号”上进行试验验证后，将在后续的探月任务上使用，相信通过反复实战演练，X频段测控技术将在未来深空探测中发挥重要作用。

　　中国在深空测控领域发展步伐将不断加快

　　据介绍，随着探月工程逐步向深入展开，我国深空测控网的建设步伐将不断加快，按照计划安排，预计2012年建成深空测控网国内部分，2016年前后建成国外部分。

　　此前，我国深空测控网的建设已按规划全面展开，初步形成一定规模，圆满完成了嫦娥一号卫星的测控任务，为我国航天测控事业写下了新的一页。

　　随着以嫦娥二号卫星为先导星的探月二期工程的逐步展开，中国在深空测控领域的发展步伐也将不断加快，中国的深空探测事业前景看好。钱卫平说，目前，我国深空网建设已全面展开，正在喀什和佳木斯建设深空测控站，它们将在二期工程的嫦娥三号、四号任务中发挥作用，而南美地区的深空测控站预计到2016年左右建成，之后可以实现三站联网，将为我国后续深空探测提供更好的测控支持。

　　根据任务需要，将在喀什站安装口径达到35米的测控天线，在佳木斯安装口径达到64米并同时具备三个频段功能的测控天线，同时在南美建设第三个拥有大口径天线的深空测控站。

　　其中，64米站可完成我国探月二、三期以及火星探测等深空测控任务，是我国第一套深空测控站，其作用距离约4亿公里。

　　钱卫平说，由这三个测控站构成的三站联网的深空测控网，将用于支持中国将来的载人登月、火星探测和其他深空探测任务。

　　此外，作为探月天文观测站，“嫦娥一号”时使用的云南昆明40米口径和北京密云50米口径射电望远镜，是我国当前最大的两个望远镜。目前，中科院上海天文台正建设65米口径射电望远镜，新疆乌鲁木齐天文观测站要建立80米口径望远镜，这些将是未来深空测控的补充力量。

　　延伸阅读——“嫦娥”三大测控中心

　　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，相互配合，协同工作。

　　西昌卫星发射中心主要担负着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即刻做出相应决策，同时必须避免错判、误判和漏判等动作，以保证发射段火箭与卫星的绝对安全。

　　北京航天飞行控制中心是嫦娥二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。它担负着任务全过程的测控重任，测控指挥部就设在这里，便于专家们对一些重大测控事件进行分析与做出决策。针对嫦娥二号任务的106种故障预案所设定的153种故障处理对策，以及嫦娥二号卫星在奔月之路上的各种重要测控事件，无不与这个中心的指挥控制息息相关。所有测控设备接收的信息都要汇集到此进行分析处理，而对卫星发出的所有指令也要通过这里发送。

　　西安卫星测控中心从载人航天任务起开始作为北京航天飞行控制中心的轨道计算备份中心，在“嫦娥”任务中也是。但除此之外，“嫦娥”任务中给西安卫星测控中心赋予了确定卫星初始轨道的任务，初始轨道根数确定之后，才意味着发射的成功。而且，位于各个测控站点的测控设备上的信息有许多不能直接传送到北京中心，必须先传到西安卫星测控中心之后再汇集到北京中心。同时西安卫星测控中心一个极其重要的任务，是作为各个测控站的网管中心，负责各测控站任务的分配、测控站使用管理及调度。在其管理调度下，目前，我国以S频段为主的航天测控网除担负着载人航天任务、嫦娥任务外，还能同时为50颗以上的卫星提供测控支持。