測(cè)控系統(tǒng)：地月飛虹鋪通途

□ 本刊記者 郝 哲

在此次“嫦娥二號(hào)”飛天奔月的過程中，如何確保正確的飛行軌道，順利開展科學(xué)探測(cè)任務(wù)？一旦遇到問題和風(fēng)險(xiǎn)，工作人員如何能夠及時(shí)作出補(bǔ)救和修正？換句話說，”嫦娥二號(hào)”飛向太空的過程中，我們?nèi)绾螌?duì)其進(jìn)行觀測(cè)和控制？這一重任落在了測(cè)控系統(tǒng)的肩頭。

我們都知道，地球與月球間的平均距離為38萬公里，這么遙遠(yuǎn)的距離，信號(hào)傳輸?shù)乃p會(huì)非常嚴(yán)重，而且通信單程的延時(shí)大大增加，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信非常困難；加之地球自轉(zhuǎn)的影響，我們無法對(duì)探月衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)不間斷的觀測(cè)。面對(duì)這些問題，如何確保及時(shí)準(zhǔn)確地了解探月衛(wèi)星的狀態(tài)并作出指令？這對(duì)我國的探月測(cè)控系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)，測(cè)控系統(tǒng)也曾一度成為制約工程發(fā)展的瓶頸。針對(duì)這一問題，我國航天專家經(jīng)過充分論證，提出在采用我國航天測(cè)控網(wǎng)的基礎(chǔ)上，充分利用上海天文臺(tái)佘山站、國家天文臺(tái)密云站和云南天文臺(tái)的甚長基線干涉天文測(cè)量網(wǎng)（VLBI系統(tǒng)）輔助測(cè)量，加之與歐空局開展國際聯(lián)網(wǎng)合作，以提高測(cè)量精度和覆蓋面，進(jìn)而達(dá)到滿足我國探月工程的測(cè)控要求。通過運(yùn)用這一方法，”嫦娥一號(hào)”探月過程中的測(cè)控任務(wù)圓滿完成，為我國后續(xù)的探月之旅積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

此次”嫦娥二號(hào)”飛行的測(cè)控系統(tǒng)與”嫦娥一號(hào)”任務(wù)時(shí)大致相同。主要由我國的航天測(cè)控網(wǎng)和VLBI測(cè)軌分系統(tǒng)組成，輔以國際聯(lián)網(wǎng)測(cè)控站。主要參與單位包括西昌衛(wèi)星發(fā)射中心、北京航天飛行控制中心、西安衛(wèi)星測(cè)控中心、喀什站、青島站、遠(yuǎn)望號(hào)航天測(cè)量船和中科院上海天文臺(tái)等，與此同時(shí)，還與歐空局積極開展國際測(cè)控聯(lián)網(wǎng)方面的合作。

在此次”嫦娥二號(hào)”任務(wù)中，測(cè)控系統(tǒng)承擔(dān)的主要任務(wù)是:完成火箭發(fā)射、衛(wèi)星奔月和在軌工作等全壽命的測(cè)控任務(wù)，并支持衛(wèi)星系統(tǒng)開展相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)。為此，全系統(tǒng)認(rèn)真部署，積極準(zhǔn)備，確立了“跟蹤完整、測(cè)量準(zhǔn)確、指令無誤”的工作目標(biāo)。

成立于1996年的北京航天飛行控制中心，是我國載人航天工程和月球探測(cè)工程的飛行控制中心，主要負(fù)責(zé)指揮調(diào)度、控制計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、信息交換和飛行器長期管理。自組建以來，圓滿完成了”神舟一號(hào)”、”神舟二號(hào)”、”神舟三號(hào)”、”神舟四號(hào)”四次無人飛行和”神舟五號(hào)”、”神舟六號(hào)”、”神舟七號(hào)”三次載人航天飛行控制任務(wù)以及我國首次月球探測(cè)工程飛行控制任務(wù)。

北京航天飛行控制中心堅(jiān)持走自主創(chuàng)新之路，成功研制了以載人航天飛行控制軟件為核心的一系列大型軟件系統(tǒng)工程；高質(zhì)量地建成了以高速數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為代表的多個(gè)硬件系統(tǒng)，從而使北京航天飛行控制中心在較短的時(shí)間內(nèi)，發(fā)展成為一個(gè)功能豐富、反應(yīng)快捷、運(yùn)算精確、可靠性高的現(xiàn)代化飛控中心。針對(duì)我國首次月球探測(cè)工程，中心在載人航天工程成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又成功突破了地月轉(zhuǎn)移軌道控制技術(shù)，月球衛(wèi)星精密定軌技術(shù)，大時(shí)延多模態(tài)下飛行狀態(tài)判斷與控制和多體制聯(lián)合測(cè)控等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題。產(chǎn)生了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果。

在此次”嫦娥二號(hào)”任務(wù)中，北京航天指揮控制中心擔(dān)負(fù)著衛(wèi)星飛行任務(wù)期間的飛控計(jì)劃制定與實(shí)施、衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)視與控制、軌道確定與控制，完成各項(xiàng)在軌試驗(yàn)和長期管理工作，組織協(xié)調(diào)各系統(tǒng)開展飛行控制工作。為了確保衛(wèi)星測(cè)控工作萬無一失，精準(zhǔn)無誤，中心針對(duì)”嫦娥二號(hào)”任務(wù)多項(xiàng)技術(shù)變化和變軌控制過程復(fù)雜，精度標(biāo)定難，任務(wù)關(guān)鍵弧段多、延續(xù)時(shí)間長，操作風(fēng)險(xiǎn)大，組織指揮關(guān)系協(xié)調(diào)面廣等難點(diǎn)，大力攻關(guān)，科學(xué)統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)了一系列創(chuàng)新和突破：一是直接地月轉(zhuǎn)移軌道中途修正控制技術(shù)；二是月球軌道捕獲控制技術(shù)；三是試驗(yàn)軌道段非完全可視弧段升降軌控制技術(shù)；四是定向天線精控技術(shù)；五是衛(wèi)星最優(yōu)停旋控制技術(shù)；六是S/X雙頻段協(xié)同控制技術(shù)；七是降軌應(yīng)急控制技術(shù)。

此外，在此次”嫦娥二號(hào)”任務(wù)中，上海天文臺(tái)的VLBI分系統(tǒng)也是測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分。VLBI測(cè)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有統(tǒng)一S頻段測(cè)控網(wǎng)并輔以中國科學(xué)院VLBI測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)角信息，完成”嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星的軌道測(cè)量任務(wù)。VLBI分系統(tǒng)作為探月工程測(cè)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。

VLBI分系統(tǒng)由4個(gè)VLBI觀測(cè)站（上海站、密云站、昆明站、南山站）和VLBI中心組成。VLBI分系統(tǒng)按國內(nèi)準(zhǔn)實(shí)時(shí)模式工作時(shí)，各觀測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)送到位于上海天文臺(tái)的VLBI中心進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。在非實(shí)時(shí)模式工作時(shí)，各個(gè)觀測(cè)站將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在磁盤上，事后送VLBI中心作非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。