作者:高长安 庄芳 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/16 9:13:45
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中国电科54所: 用心守望“天宫二号”

 

科学网讯(记者 高长安 通讯员 庄芳)9月15日22时04分,搭载着天宫二号空间实验室的长征二号FT2运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。约575秒后,天宫二号与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。据悉,测控通信系统是载人航天工程八大系统之一,是航天测控网和天地通信的神经系统,是连接地面与飞船、地面测控中心与测控站的纽带,在载人航天任务中起着举足轻重的作用。

《中国科学报》记者9月16日从中国电科54所获悉,54所是载人航天测控通信网建设和装备研制的主要单位之一,天宫二号顺利发射、正常运转以及将来与神舟十一号飞船交会对接,都离不开该所的测控与通信设备。这些设备分布在北京飞控中心,国内、海外等多个地面站点及远望号测量船上。

“天宫二号发射的时候,我们的通信测控设备精准引导天宫二号进入预定轨道,天宫二号成功发射后,我们的设备精确控制它按预定轨迹运行,并及时将其采集的各种语音、图像信息传回地面中心,航天员上去以后,天地间的对话和影像传输,也靠我们的通信测控网。”54所通信测控专家耿虎军介绍,这些遍布大江南北的通信、测控设备,构成一张密实的通信测控网,实现了天与地、指挥中心与各个地面站点以及海上测控站点之间的有效连接和协同控制,既是 “眼睛”和“耳朵”,又是“传话筒”,实现天地间的对话以及图像传输,还是操作控制的“风筝线”,时刻注视着天宫二号的发射和运转,精密控制着天宫二号的轨迹,在看不见的背后,默默充当着天宫二号健康、安全运行的“守望者”。

连贯四海、沟通天地

据介绍,54所研制的卫星通信系统、中继卫星地面终端站系统、天地数字电视地面系统和实况数字电视系统发挥了连贯四海、沟通天地的重要作用,有了这些千里眼和顺风耳,远在天边的飞船才能近在眼前,运筹帷幄的指挥员才能决胜千里。

“54所迄今为载人航天工程研制了包括固定、船载、机载、便携站等在内的三十多个卫星通信地球站,占全部通信装备的90%以上,为载人航天任务提供数据、图像、话音等通信保障,为天宫二号的顺利发射和安全运转提供有效的通信手段。”54所卫星通信系统项目总师李晓芳说。

“天与地虽相聚遥远,远在天边的天宫二号看起来遥不可及,但有了我们的通信测控网,天宫二号与地面就变成了近在咫尺”。李晓芳说。

据悉,54所研制的卫星通信地球站,覆盖整个国土,跨越三个大洋,为载人航天任务提供优质宽带通信服务,已成为我国航天史上迄今为止规模最大、范围最广、容量最高、实时性最强、可靠性最好、技术最先进、应用最广泛的通信系统。

“远望七号测量船首次执行任务,就是为天宫二号保驾护航。我们的卫通设备和人员也随之远涉重洋,在三个多月的时间里,忠诚地执行他们的通信使命。”该项目负责人周兆清说。

让IP网 “丢包率”为零

由中国电科54所承建的试验任务IP网是测控通信系统的重要组成部分,它连接飞控中心、发射中心以及国内外各测控站点、远望测量船,实现各种测控信息和指挥调度信息的传输。IP网使通信测控系统从专线的模式升级为IP模式,实现了网络的宽带化、一体化和通用化,大大提高了传送航天测控信息的能力。

该系统是面向载人航天工程交会对接任务而设计建设的地面通信系统,用于飞控中心、发射中心、卫星测控中心以及国内、海外、远洋测量船等测控台站之间。

“IP网建成后,与以往专线模式相比,提高了网络传输带宽,路由控制更加灵活方便,用户接口趋于统一。”负责IP网建设的专家李宏说。

“天宫二号”试验任务IP网连接试验任务相关的测发、测控、通信、气象等诸要素,几百余套设备覆盖了东风卫星发射中心以及全国几十个站点上百个点位,有效保证“天宫二号”任务顺利实施。

据悉,该IP网具有技术难度大、实现复杂、可靠性要求高的特点,涉及传输、交换、路由、网管、网络安全等多个专业领域,网络覆盖范围广,布设站点多,网络结构复杂。54所高级工程师卢华斌介绍:“民用的IP网络在进行数据传输的时候,会出现‘丢包’的现象即数据丢失,只是民用要求低,一般发现不了。不过,‘丢包’会导致指令不对或是连接中断,这样的事情绝对不能在飞船飞天后发生,‘丢包率’必须为零。只有这样,才能确保任务万无一失。”

放你飞翔 用心守望

“如果把卫星比作风筝,‘测控’就是人手中牵动的那根风筝线。因此,也有人把我们称作‘牧星人’。” 54所测控系统总师耿虎军曾这样说。54所承担着国内外陆地测控站的全部研制任务,几乎占了载人航天全部测控装备的一半。

天宫二号能不能成功发射,在天上能不能安全运转,靠的,就是这个看不见的通信测控网。如果说火箭发射的那一刻让人激动人心,如果说天宫二号成功上天的瞬间让人心潮澎湃,那么,编织通信和测控网的科技工作者们,就是默默在后方工作的幕后英雄。

“当繁华落尽,天宫二号在太空日复一日工作的时候,54所的通信测控设备,依然会在看不见的地方,默默守候着她,让她健康运行。”耿虎军说,“我们这些科技工作者,就像是一个个守望者,天宫二号就像是我们的女神,虽然她在太空飞翔,但是我们的设备小心翼翼地牵着无形的风筝线,默默注视着她,守护她完成她的使命。”

据了解,目前,通过中继卫星实现通信测控,已经成为载人航天通信测控网的主力。中继卫星通过地面终端站实现与飞船、指挥中心的联系。地面终端站主要负责中继卫星的指挥调度、控制计算、数据处理和信息交换,是中继卫星发挥通信测控作用的“神经中枢”。54所负责中继卫星地面终端站研制和建设的专家耿虎军说,“中继卫星进行测控时,会发出电波信号自动对准飞船;飞船也用同样方法对准中继卫星。相当于太空中相距30000多公里的两根光柱对在一起。所以说,中继卫星要想实现精准测控,首先要保证自身定位准确。目前,在36000多公里的距离上,我们对中继星的定位误差控制在3m以内。”

耿虎军介绍,一个地面测控站的最长测控通信时间只有8分钟。如果飞船不是正好从地面站的正上空飞过,测控通信时间还会进一步缩短。中继卫星的运用,为测控通信提供了宽带、高效的工作手段。中继卫星相当于是架设在太空36000公里高的测控站,由于“站的高”,所以“看得远”,在天宫二号每一圈次的运转中,一颗中继卫星测控通信时间可达到40分钟左右,极大地提高了通信测控效率。

 
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