航天測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與展望

天津航天長征火箭制造有限公司 王 杰

西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)廠 張 磊

上海飛機(jī)制造有限公司 韓超眾

航天測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與展望

天津航天長征火箭制造有限公司 王 杰

西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)廠 張 磊

上海飛機(jī)制造有限公司 韓超眾

在航天飛行器完成任務(wù)過程中，測(cè)控技術(shù)的地位是不可忽視的。本文簡單介紹了測(cè)控網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了測(cè)控技術(shù)中的兩點(diǎn)難題，并對(duì)此提出展望。

測(cè)控技術(shù)；飛行器；測(cè)控網(wǎng)

1 引言

隨著太空探測(cè)的深入，測(cè)控技術(shù)在航天領(lǐng)域的地位顯得尤為重要。航天測(cè)控技術(shù)是一種對(duì)航天飛行任務(wù)目標(biāo)跟蹤測(cè)量和控制的綜合技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來完成運(yùn)載火箭等航天器的跟蹤測(cè)軌、遙測(cè)信號(hào)接收與處理、遙控信號(hào)發(fā)送等任務(wù)[1]。隨著航天領(lǐng)域飛行器的發(fā)展，我國的測(cè)控技術(shù)也有了長足的進(jìn)步，目前我國的航天測(cè)控技術(shù)已呈現(xiàn)出高精度測(cè)量帶和衛(wèi)星測(cè)控網(wǎng)相輔的交叉性協(xié)作[2]。航天測(cè)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)息息相關(guān)，一般對(duì)飛行器的任務(wù)目標(biāo)的測(cè)控過程是通過網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)，通常測(cè)控使用的網(wǎng)絡(luò)稱為測(cè)控網(wǎng)。

2 測(cè)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

美國的航天測(cè)控網(wǎng)的規(guī)模最大，也是最先進(jìn)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。從上世紀(jì)50年代開始，美國就開始對(duì)飛行器測(cè)控進(jìn)行探索與實(shí)踐，在最初的探索過程中發(fā)現(xiàn)：地基網(wǎng)布局耗資巨大，且維護(hù)成本巨大，地基網(wǎng)對(duì)航天飛行器的覆蓋率較低；與此相比，天基網(wǎng)的覆蓋率較高，耗資相對(duì)低廉，建設(shè)天基測(cè)控網(wǎng)也就成了一種趨勢(shì)。到目前為止，美國NASA測(cè)控網(wǎng)絡(luò)已形成天基與地基測(cè)控網(wǎng)絡(luò)體系，軍用的有空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)、陸軍衛(wèi)星控制網(wǎng)等，其中空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)是規(guī)模最大且最重要的多用戶測(cè)控網(wǎng)絡(luò)[3]。近些年美國使用航天測(cè)控網(wǎng)成功發(fā)射了高超聲速飛行器HTV-2導(dǎo)彈，SpaceX公司通過使用航天測(cè)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)載火箭的回收及二次發(fā)射。

歐空局的航天測(cè)控網(wǎng)地基測(cè)控站由核心網(wǎng)、加強(qiáng)網(wǎng)和協(xié)作網(wǎng)組成，核心網(wǎng)地面站歸歐空局所有。為了解決地基測(cè)控站對(duì)飛行器覆蓋率低的問題，歐空局正在建設(shè)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，將其作為軍民兩用的系統(tǒng)，為對(duì)地觀測(cè)到深空探測(cè)提供軍民兩用的測(cè)控技術(shù)支持[4]。從美國與歐空局的發(fā)展來看，航天測(cè)控網(wǎng)經(jīng)歷了從地基向天基測(cè)控網(wǎng)發(fā)展的歷程。

1984年初，我國初步建成了衛(wèi)星測(cè)控網(wǎng)。1987年底，建成了西安衛(wèi)星測(cè)控中心。在我國的航天測(cè)控網(wǎng)的發(fā)展中，充分利用了GPS/ GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航體系來發(fā)展國內(nèi)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航體系，優(yōu)化地基測(cè)控站的布局，逐漸由地基測(cè)控網(wǎng)向建設(shè)天基測(cè)控網(wǎng)、構(gòu)建深空探測(cè)測(cè)控網(wǎng)發(fā)展[1,5,6]。目前，我國已建成了覆蓋廣泛的航天測(cè)控網(wǎng)。我國已利用國內(nèi)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)體系，先后成功發(fā)射了神舟系列載人飛船、天宮一號(hào)空間站、長征五號(hào)新一代運(yùn)載火箭、天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船，并完成了神舟十號(hào)與天宮一號(hào)空間站的交會(huì)對(duì)接、“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器對(duì)月球的探測(cè)、天舟一號(hào)與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室的交會(huì)對(duì)接等。至此，我國完成了航天飛行器的發(fā)射、飛行器的交會(huì)對(duì)接、深空探測(cè)器探月等任務(wù)，我國的航天測(cè)控技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。

3 結(jié)論與展望

從測(cè)控技術(shù)看，近地軌道飛行器的測(cè)控技術(shù)幾乎不成問題。目前飛行器測(cè)控技術(shù)的難點(diǎn)在于飛行器的回收與深空探測(cè)器的測(cè)控。在航天飛行器回收中，飛行器以超高聲速再入大氣層時(shí)，其表面會(huì)形成電離層，電離層對(duì)飛行器的信號(hào)傳輸造成障礙，使信號(hào)無法穩(wěn)定傳輸，一般飛行器在飛躍黑障區(qū)，通常利用的手段是事后重發(fā)數(shù)據(jù)，如果在黑障區(qū)，飛行器遇到故障，會(huì)導(dǎo)致地面無法得知飛行器的故障信息，對(duì)通過測(cè)控技術(shù)調(diào)整飛行器飛行狀態(tài)造成了困難。在深空探測(cè)中，由于飛行器距地面或者中繼測(cè)控衛(wèi)星距離較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸有一定的延時(shí)，測(cè)控信號(hào)延時(shí)，在飛行器遇到故障時(shí)，無法及時(shí)調(diào)整深空探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)整，致使飛行器產(chǎn)生一些本該避免的故障。

在測(cè)控技術(shù)的發(fā)展中，提出以下建議：

（1）解決飛行器穿越黑障區(qū)信號(hào)傳輸難題。

（2）深空探測(cè)器在延時(shí)測(cè)控障礙。

（3）增強(qiáng)軍用航天測(cè)控網(wǎng)的隱蔽性，提升軍民兩用航天測(cè)控網(wǎng)的抗摧毀性。

（4）提升深空探測(cè)器的自主控制能力。

[1]沈榮駿,趙軍．我國航天測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與策略[J]．宇航學(xué)報(bào),2010,22(3)：1-5．

[2]杜偉,于爽,武宏偉．我國航天測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與策略[J]．電子技術(shù)與軟件工程,2017(2)：42-42．

[3]李希媛,孫亞楠,鐘選明,等．國外航天測(cè)控技術(shù)新進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)研究[C]．中國空天安全會(huì)議,2015．

[4]郭麗紅,李洲,魏晨曦,等．歐空局航天測(cè)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展[C]．第二十四屆全國空間探測(cè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集,2011．

[5]王朋．中國航天測(cè)控網(wǎng)[J]．太空探索,2006(8)：36-41．

[6]張碧雄,巨蘭．2030年前航天測(cè)控技術(shù)發(fā)展研究[J]．飛行器測(cè)控學(xué)報(bào),2010(5)：11-15．

Development Trend and Prospect of Space Measurement and Control Technology

Wang Jie1Zhang Lei2Han Chaozhong3
（1.Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co，Ltd，Tianjin 300462；2.Xi’an Space Engine Factory，Xi’an 710100；3.Shanghai Aircraft Manufacturing Co.,Ltd）

In the process of completing the mission of the spacecraft，the status of measurement and control technology cannot be ignored.This paper brief l y introduces the development of monitoring and control network technology，and puts forward two problems in measurement and control technology，and puts forward the prospect.

：Measurement and Control Technology；aircraft；Monitoring and control network

王杰（1986—），河北石家莊人，碩士，助理工程師，主要從事于運(yùn)載火箭的測(cè)試工作。