中新網(wǎng)11月5日電 題:擔(dān)當(dāng)?shù)卦麻g聯(lián)系的“信使”
特約記者 黃琦
“嫦娥”繞月,地面指揮,誰在之間當(dāng)信使?
那就是星地射頻信道。它建立了地月間的無線通道,擔(dān)任了地月之間聯(lián)系的“信使”,實現(xiàn)對衛(wèi)星的測控和數(shù)據(jù)傳輸。
實際上,衛(wèi)星測控數(shù)傳分系統(tǒng)有這樣兩個射頻信道,一個是利用全向天線的測控信道,是低速的上行數(shù)據(jù)通道和下行數(shù)據(jù)通道;另一個是利用定向天線的數(shù)傳信道,是個高速的通道,支持大量數(shù)據(jù)下傳!靶攀埂笔窃鯓訙贤ǖ厍蚝驮虑虻哪?衛(wèi)星上的測控數(shù)傳分系統(tǒng)與地面測控站是“信使”來往的兩個“碼頭”,承擔(dān)著數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的重要任務(wù)。例如,人們向衛(wèi)星發(fā)射遙控信號,衛(wèi)星接收到后,實現(xiàn)對衛(wèi)星的控制;而語音數(shù)據(jù)、科學(xué)數(shù)據(jù),則通過射頻信道,發(fā)送到地面應(yīng)用站,由地面接收,進行發(fā)布。
為“信使”搭上地月之橋。以前,在我國發(fā)射的衛(wèi)星中,飛得最遠的是雙星探測計劃中的兩個極軌衛(wèi)星,最遠距離地球7萬公里左右。而雙星測控系統(tǒng)的測控能力設(shè)計在4萬公里這個量級上。通信的難度與通信的距離密切相關(guān)。現(xiàn)在,嫦娥一號衛(wèi)星飛離地球38萬多公里,地面測控系統(tǒng)的支持能力遠遠達不到測控的需要,成為搭建這座橋梁的主要困難之一。
解決困難最直接、簡單的方法就是對地面測控站進行改造。在國外,進行月球探測,包括深空探測,都是在地面建“大鍋”——30米口徑天線的大型測控站,有的天線口徑甚至達到70米。而2004年探月工程立項時,我國最大的天線只為十幾米,差距較大。
改造地面站耗時長,投資大。從立項時的情況來看,地面站改造進度與需求尚有差距。地面站的改造相對滯后,“搭橋”的困難壓在衛(wèi)星上。
為了實現(xiàn)38萬多公里條件下的可靠測控和通信,在衛(wèi)星、地面測控系統(tǒng)現(xiàn)有的基礎(chǔ)上,星、地雙方做了很多較大的適應(yīng)性修改。從方案的構(gòu)成上來說,嫦娥一號衛(wèi)星測控分系統(tǒng)遠比以前其他衛(wèi)星復(fù)雜,在設(shè)計上采用了一系列新思路。
研制嫦娥一號衛(wèi)星的天線是最主要的一道難關(guān)。航天科技集團公司504所集全所天線研究的中堅力量,經(jīng)過一年的反復(fù)攻關(guān),研制出測控全向天線,為遠距離通信難題的最終解決打下了良好基礎(chǔ)。測控數(shù)傳分系統(tǒng)的工作狀態(tài)受到衛(wèi)星供配電的影響。當(dāng)下行信道長時間滿負荷運行時,產(chǎn)生的大量熱量對衛(wèi)星的熱控又是一個巨大的考驗。于是,下行信道設(shè)計得很特別,工作狀態(tài)分了兩檔:當(dāng)衛(wèi)星飛至離地球較近的軌道時,只在功率較低的那檔工作,這樣既節(jié)省能源,又避免過度發(fā)熱;而當(dāng)遠離地球時,才開足馬力,滿負荷運轉(zhuǎn)。測控數(shù)傳分系統(tǒng)方案的設(shè)計則巧妙的利用了半空間備份,原理巧妙,設(shè)備復(fù)雜,設(shè)計可靠。
同時,測控地面站也新建了兩個18米的大天線,增強地面測控的能力。這兩個“鍋”一個設(shè)在青島,另一個放在了喀什。
由于衛(wèi)星離地面太遠,地面測控系統(tǒng)現(xiàn)有的USB測控網(wǎng)還達不到定軌精度要求,因此,在衛(wèi)星上還增加了VLBI(甚長基線干涉)輔助測軌設(shè)備。這是天文學(xué)上的一種觀測手段,通過測量衛(wèi)星與地面兩站之間的夾角,從而精確測量衛(wèi)星位置。我國還是第一次在衛(wèi)星上使用該設(shè)備。類似的設(shè)備,日本的“月亮女神”衛(wèi)星也有采用。VLBI觀測由上海天文臺抓總負責(zé),在北京、上海、烏魯木齊、昆明等地都設(shè)立了測量站。
這樣,衛(wèi)星和測控系統(tǒng)聯(lián)手,在地月之間,搭起了一座溝通的橋梁。
奔走萬里為“信使”鋪路。在衛(wèi)星測控數(shù)傳分系統(tǒng)工作人員中,流傳著這樣一句話:“歷時兩個月,轉(zhuǎn)戰(zhàn)四萬里”。
衛(wèi)星測控數(shù)傳分系統(tǒng)與地面接口多,這包括要與支持該任務(wù)的所有地面測控站、應(yīng)用站進行接口對接、聯(lián)試。2006年8月1日至9月30日,測控系統(tǒng)的隊員們歷時兩個月,轉(zhuǎn)戰(zhàn)四萬里,奔走于國內(nèi)外,為“信使”建立溝通橋梁來進行星地對接試驗。
他們的足跡遍布了衛(wèi)星測控站,在北京、青島、喀什、烏魯木齊、昆明,位于江蘇的遠望一號、三號測控船,甚至國外站都有試驗隊員的身影。當(dāng)時,遠望三號測量船在上海某船廠維修,現(xiàn)場如同工地,到處是電纜,一不小心就絆個跟斗,隊員們就帶著安全帽在凌亂的工地上進行對接試驗。在新疆,當(dāng)時已是深秋,晝夜氣溫變化特大,白天非常熱,穿著短袖,到了傍晚5點左右,隊員們就開始“搶”軍大衣了。晚上,伸手不見五指,隊員們穿棉大衣都凍得瑟瑟發(fā)抖。晚上加班過后,車緩慢地行駛在崎嶇的山路上。此時,工作了一天的隊員們,看著天上的圓月亮,別有一番情趣在心頭。
為了進一步提高測控的可靠性,2006年11月,隊員們奔赴位于德國的歐洲空間操作中心的測控站進行對接試驗。今年4月,他們又抵達位于南美智利的測控站進行對接試驗。
對接試驗設(shè)備裝了滿滿的十幾個大箱子,從機場搬至測控站,都是隊員們自己動手,辛苦程度不言而喻。在室內(nèi)試驗,環(huán)境還算好,要是在室外,就很難熬了。2006年夏天,北京密云,夜里隊員們在山上扎帳篷過夜。起來一看,帳篷成了蚊子、蜘蛛、壁虎等小動物的“安樂窩”,儼然是個“小型動物園”。
由于試驗進度安排得一環(huán)扣一環(huán),每天都必須完成當(dāng)天的任務(wù),完成不了就加班加點,對接試驗忙到凌晨2點鐘是很正常的事。