運載火箭測控系統(tǒng)技術(shù)與發(fā)展

張維

摘要：針對中國新一代運載火箭發(fā)射軌道多樣、外部環(huán)境日益復(fù)雜、上行控制和空間環(huán)境安全要求逐步提高等發(fā)展特點，以及高碼率、高覆蓋、高精度的測控需求，研究了人基測控、多音組合編碼安控、高效遙測和測控數(shù)傳一體化等幾種運載火箭測控新技術(shù)的應(yīng)用前景;從工程的角度，提出了中國運載火箭測控系統(tǒng)發(fā)展思路和人地一體化的測控體系結(jié)構(gòu);并就測控系統(tǒng)資源配置與使用模式、新型測控體制和測控手段、遙測和安控頻段等重點發(fā)展方向簡述了作者的觀點。

關(guān)鍵詞：運載火箭;測控系統(tǒng);人基測控

1引言

中國的運載火箭測控系統(tǒng)是從導(dǎo)彈測控系統(tǒng)發(fā)展起來的，起步于20世紀50年代，經(jīng)歷了引進仿制、自主研發(fā)、提高發(fā)展等3個階段。目前，現(xiàn)有的酒泉、太原、西昌3個航天發(fā)射場己圓滿完成了180余次各型運載火箭發(fā)射任務(wù)，發(fā)射場和各射向任務(wù)航區(qū)擁有固定、車載、船載等85套光學(xué)和無線電測控設(shè)備，己形成比較完備的運載火箭測控系統(tǒng)。

2運載火箭測控新技術(shù)

新的測控需求促進了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，近年來取得突破并逐步用于工程任務(wù)的新技術(shù)主要集中在以下幾方面：

1）天基測控技術(shù)。

隨著我國北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的建成運行，天基測控技術(shù)正成為大力推廣應(yīng)用的重點。UNSS（Ulobal Navigation Satel-lite場stem，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）在運載火箭上的成功應(yīng)用，不但提高了整個飛行軌道的測量精度，同時也為簡化航區(qū)的地而外測設(shè)備奠定了基礎(chǔ);而數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的應(yīng)用，將在大范圍、長弧段內(nèi)為運載火箭提供數(shù)據(jù)傳輸手段?！笆晃濉逼趩?，突破了箭載S頻段共形相控陣天線關(guān)鍵技術(shù)，并于2012年2次成功開展了CZ-3 A系列運載火箭遙測數(shù)據(jù)的中繼衛(wèi)星傳輸試驗，傳輸速率256 kbit/s。目前，正在開展基于中繼衛(wèi)星Ka頻段的運載火箭遙測數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究，預(yù)期傳輸速率可達2-5M bit/s;同時，還將開展基于中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的前向安控關(guān)鍵技術(shù)研究，解決地而安控覆蓋能力有限的問題。

2）多音組合編碼調(diào)頻安控技術(shù)。

自20世紀60年代中國自行研制154一期安全遙控系統(tǒng)起，經(jīng)過多年發(fā)展，盡管設(shè)備可靠性得到很大改善，但其調(diào)制體制一直沒變。為進一步提高安全控制的可靠性，在新發(fā)射場建設(shè)中，參照美國主字母安全遙控體制，提出了一種改進型主字母安全遙控體制，即多音組合編碼調(diào)頻體制。該體制采用15單音選4組成1個字母，可定義1 365個字母，從中選擇若十個字母組成1條指令。由于指令的每個字母是由特定的4個單音組合的，而靶場電磁環(huán)境很難產(chǎn)生特定的字母單音組合，因此，虛指令概率大大降低。

3運載火箭測控系統(tǒng)發(fā)展構(gòu)想

針對新型、多類運載火箭的發(fā)展，測控系統(tǒng)也需要進行優(yōu)化和發(fā)展，其總體思路是：進一步優(yōu)化測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，大力推進新技術(shù)應(yīng)用，合理發(fā)展實況景象測量，適當擴展運載火箭測控頻段，構(gòu)建手段多樣、配置優(yōu)化、性能最優(yōu)、安全可靠的天地一體化運載火箭測控系統(tǒng)。

3.1運載火箭測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

我國己經(jīng)建成了覆蓋亞太區(qū)域的北斗二號區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及東、中、西3星組網(wǎng)的準全球覆蓋中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。天基測控手段的成熟應(yīng)用，將為地而測控系統(tǒng)的組成優(yōu)化創(chuàng)造良好條件，未來我國運載火箭測控總體上采用天地基測控相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)（圖1）。天基主要采用中繼衛(wèi)星系統(tǒng)和以北斗二號導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)的UNSS測量手段，重點解決覆蓋范圍和全程測量精度問題。地基首區(qū)主要采用光學(xué)、雷達、遙測、遙控等手段，重點解決運載火箭發(fā)射初段中繼天線覆蓋受限，首區(qū)安全測量與控制問題;航區(qū)主要采用遙測手段，重點保證運載火箭飛行關(guān)鍵段的可靠監(jiān)視問題，逐步弱化直至取消航區(qū)地而外測手段。

3.2新型測控體制的應(yīng)用

1）積極推廣多音組合編碼調(diào)頻安控體制在其他靶場的應(yīng)用。建設(shè)中的海南發(fā)射場安全遙控己經(jīng)采用多音組合編碼調(diào)頻體制，太原發(fā)射場也即將采用多音組合編碼調(diào)頻安控體制，該體制具有安全性好、可靠性高、抗十擾能力強的特點。測控系統(tǒng)計劃在“十二五”末期啟動酒泉發(fā)射場和西昌發(fā)射場安控換代，在“十三五”中期將安控體制全而更新為多音組合編碼調(diào)頻安控體制。

2）進一步完善測控數(shù)傳一體化技術(shù)。上而級運載火箭測控的發(fā)展思路應(yīng)與衛(wèi)星測控趨于一致或兼容，有利于綜合應(yīng)用地而測控資源，這就要求技術(shù)體制要兼容幾kbir/a到10Mbir/s的遙測信息傳輸，要適應(yīng)上而級短時大數(shù)據(jù)量傳輸與衛(wèi)星長期應(yīng)用的特點。根據(jù)這種思路和需求，就是要發(fā)展箭星通用的測控數(shù)傳一體化體制。“十二五”末期首先完成西昌和海南發(fā)射場發(fā)射任務(wù)S頻段遙測設(shè)備和測控設(shè)備測控數(shù)傳一體化改造，具備支持上而級運載火箭測控能力;同時，不斷完善技術(shù)體制，適時在衛(wèi)星中推廣應(yīng)用。

3.3合理增強實況景象測量能力

隨著首區(qū)反射式動目標測量脈沖雷達、UNSS測量等無線電測量設(shè)備的使用，對光學(xué)設(shè)備彈道測量功能的需求逐步降低;而光學(xué)飛行實況景象測量功能具有無線電設(shè)備無法比擬的優(yōu)勢，能夠直接反映運載火箭飛行狀態(tài)，為任務(wù)指揮和故障分析提供更好的條件。因此，發(fā)射場光學(xué)測量設(shè)備功能將由彈道測量為主向?qū)崨r景象測量為主發(fā)展，但因易受天氣影響制約，將進一步加強紅外測量手段的應(yīng)用，實現(xiàn)由可見光測量向多譜段綜合測量的轉(zhuǎn)變?nèi)铡ν瑫r，支持運載火箭發(fā)展箭載高清圖像測量，為運載火箭飛行狀態(tài)判別及飛行故障識別、定位提供更為直觀的依據(jù)。

4結(jié)語

由于我國運載火箭的標準化和型號的穩(wěn)定性，使測控系統(tǒng)的技術(shù)體制和狀態(tài)也保持了長期的穩(wěn)定。當前，多類新型運載火箭正在研發(fā)，新的功能和應(yīng)用形態(tài)不斷出現(xiàn)，這必將帶來測控需求的變化，而這種變化正是測控系統(tǒng)優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)、發(fā)展技術(shù)體制、研究應(yīng)用新技術(shù)、不斷提高綜合能力的驅(qū)動和機遇，也預(yù)示著新一代運載火箭測控系統(tǒng)將會很快出現(xiàn)。

參考文獻：

[1]周濤，徐洋，胡海峰，章思嚴，張煥鑫. “長征八號”運載火箭電氣系統(tǒng)一體化設(shè)計技術(shù)[J]. 深空探測學(xué)報（中英文），2021，8（01）：17-26.

[2]任月慧，張宏德，彭越，徐利杰，劉洋，馬小龍. 運載火箭測發(fā)控技術(shù)未來發(fā)展與展望[J]. 計算機測量與控制，2021，29（06）：1-4+24.

[3]王國輝，張金剛，耿勝男，周廣銘. 運載火箭新一代測量系統(tǒng)發(fā)展設(shè)想與關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 宇航總體技術(shù)，2020，4（01）：1-7.

[4]鄭國昆，蘇娟，吳齊才，楊之江. 基于OPC技術(shù)的運載火箭地面設(shè)備測控系統(tǒng)架構(gòu)研究[J]. 計算機應(yīng)用與軟件，2020，37（11）：18-21.