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嘉兴在线新闻网     2017/10/19 4:23:40      手机看新闻     我要投稿      飞信报料有奖

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飞船和航天员升入太空后,我们还能知道它的各种情况吗?遇到问题怎么办?如何沟通?在“神舟”飞船实施的整个过程中,航天测控通信网像一张百密而无一疏的恢恢天网一样,始终掌管着“神舟”飞船的“一言一行”“一举一动”。从它的发射“启程”开始,航天测控通信网就通过强大的捕捉机构和能力,始终对“神舟”号飞船的运动和工作状态进行着严密的测量和控制。具体的讲,就是及时报告“‘神舟’号飞船在什么位置”、“‘神舟’号飞船上的航天员的生理状态如何”、“‘神舟’飞船的任务执行的怎样”、“‘神舟’号飞船现在在做什么”、“航天员与地面的通话”等一系列情况以及“飞船遇到故障怎么办”、“如何做工作”等。一句话,这一系统的工作是否正常,各分系统之间的配合是否默契,直接影响着“神舟”号飞船任务的完成质量,甚至成败。

那么,什么是测控通信,它的具体职能有哪些,它是如何组成的,工作状况又如何呢?

简单地说,航天测控是对飞船和其他航天器飞行状态进行跟踪测量并控制其运动和工作状态的专用系统。这一系统能及时了解飞船、航天器和运载的空间位置、姿态状况和各分系统工作的基本状态,根据出现的情况和问题及时作出分析判断和决策,保证飞船及航天器和运载火箭飞行试验预定目标的顺利实现。航天测控系统分为飞船、火箭部分和地面部分。该系统由若干个分系统组成,如地面部分通常包括通信系统、时间统一系统,计算机数据处理系统,指挥调度系统,跟踪测轨系统,遥测、遥控系统等。这些系统汇集组合成若干个乃至数十个具有不同功能的测控站或测量船,形成了一个庞大的地面测控跟踪网,实现对飞行中的航天器及运载火箭进行跟踪和测控。航天测控是保证航天器正常飞行所必不可少的技术手段,是对运载火箭和航天器飞行的各个阶段(发射、运行、回收等)进行跟踪、测量、监控和信息交换的专用技术综合体。它的主要功能包括跟踪测轨、遥测、遥控等诸方面。

从“神舟”点火起飞开始,航天测控系统实际上就开始了工作。它们首先要进行的是对火箭和飞船进行跟踪测轨和轨道预报。主要是通过火箭和飞船上的相关设备不断地向地面站发送信息,经地面站分析处理后确定火箭和飞船在天上的飞行状态和运动轨道。具体地说就是看它是不是按事先设计的轨道和姿态在飞行,如果有误差起码要知道目前的实际轨道和状态是什么样子、在什么位置,以便人们分析、判断和决策。跟踪测轨分为“外测”和“内测”两类:“外测”是指利用飞行器外的测量设备,对飞行器的飞行轨道参数(如坐标、速度、加速度等)进行精密测量。测量方法可以有多种多样,从大的方面可分为光学测轨和无线电测轨;“内测”是指在飞行器内部对某些参数进行测量,计算推算出飞行器的弹道变化规律,内测数据要发回地面进行处理、计算,内测通常通过遥测实现。“外测”和“内测”在实际应用过程中,相映成趣,互为补充,同时又可以起到相互备份作用。

当“神舟”号飞船在天上飞行时,不但要跟踪它,了解它的位置,而且还需要知道它工作的情况是否正常,有没有出现故障,如果有故障,是哪个系统的什么部位的什么仪器有问题,以便采取相应的措施,这时,测控的另一个功能——遥测就派上了用场。“遥测”的内涵是“近测远传”,即在航天器及火箭上安装传感器、仪器,就近测得其内部的工作状态、工作参数;航天员的生物医学参数、科学研究参数、侦察参数、环境参数等许多描述飞船工作情况的信息,然后将这些参数转换为无线电信号,远距离地传送到地面测控站的接收设备,经过解调、处理还原出原始参数数据,并进行记录和显示、分析,就像医生用仪器对病人进行检查通过取得的数据来确定病情一样。遥测对火箭、航天器的发射和正常运行有着举足轻重的作用。在运载火箭飞行过程中,根据遥测数据,发射场指挥人员和运载火箭设计人员可及时了解箭上各系统的工作情况和实际飞行条件下各系统的工作性能。对于地面试验无法模拟或无法全模拟的一些性能数据,可从飞行试验的遥测数据得到补充和修正。一旦火箭飞行失败和出现局部故障,采用遥测数据对故障进行分析,能够快速准确地实现故障隔离和故障诊断,以便采取相应措施。在飞船发射和入轨后的运行中,利用遥测监视飞船上设备的工作状况,利用遥测参数计算出飞船的姿态,为遥控调姿提供参考数据。载人航天时,还可以监测航天员的生理参数、生活环境参数等,以保障宇航员的生命安全。

“神舟”飞船要完成很多科学试验和许多特定工作。那么这些动作的完成靠什么呢?这就是测控通信系统的另外一项任务——遥控。所谓“遥控”是对火箭和航天器实现远距离控制。在测控系统中,将地面的控制指令变为无线电信号,远距离传输到航天器或火箭上,实现对它们的控制。我们地面人员不但可以跟踪飞船,掌握它的工作状态,而且还可以主动地对它进行干预和控制。当飞船出现故障时,我们总不能眼睁睁地看着,束手无策,而是采取紧急措施,比如把有故障的仪器甩掉,命令备份仪器马上投入工作,告诉宇航员采取哪些相应的措施等,甚至在紧急情况下或者我们临时决定飞船执行什么动作,命令飞船完成一些任务。比如飞船在飞行过程中,如果动力系统的管路发现破裂导致燃料泄漏,如果泄漏完了就可能无法返回了,此时我们就需要马上向飞船和飞船上的航天员发出返回指令,要求飞船停止一切工作立即返回,此时,飞船在地面遥控系统的指挥下,航天员和飞船上的控制系统就会共同执行返回命令,以防危险发生。由此可见遥控功能对在遥远的太空飞行的飞船也是非常重要的。遥控按用途的不同,可分为安全遥控和飞船遥控。安全遥控用于导弹和运载火箭发射过程中的安全控制,作为炸毁故障弹的外部手段,简称“安控”。安控指令具有保密性高,实时性强,执行任务时间短,指令内容少等特点。遥控在载人飞船飞行中用于飞船的变轨、交会、回收等的轨道控制,用于姿态控制以及备份件切换和开关的控制,用以保障飞船及其他航天器的正常工作和运行,还用于飞船的数据注入,启动飞船的自主程序等。飞船遥控指令具有内容多,执行任务时间长和要求复杂等特点。

跟踪测轨、遥测、遥控三个功能统一综合在测控系统中,密切协同、互相配合、共同完成对其航天器或火箭的控制。

通信系统除完成控制中心、测控站以及航天器之间的信息传输,通过有线和无线信道把航天控制中心与各测控站、航天发射场以及回收区联系起来,形成航天测控通信网外,在载人飞船飞行中还有另外特殊的作用,就是直接参与飞船整个运行的全过程,是载人航天工程有机的不可分割的重要组成部分。如专门在飞船上安装了特有的无线电话通信设备和电视传输设备。飞船上每个航天员的头盔上及生活舱内,都配备接收器(耳机)和送话器(话筒)以及传送、记录设备,在飞船飞行的各个阶段都可以进行航天员之间的通话交谈,而且这种交谈除了当事人听到外,还要记录在飞船的记录器上,同时送到地面,使地面指挥人员知道他们在说些什么,以便随时了解和掌握情况;另一方面就是航天员与指挥中心的通话,向地面报告飞船的工作状态和他们自己对问题的分析意见、身体状况和感觉、请求完成某些动作或请求返回等,然后接受地面指挥员的命令,当然还可以接受家属及其他人员的鼓励、问候。在交会对接过程中及对接后可进行两个飞行航天员之间的通话。

在“神舟”号飞船的测控通信系统中,除了常规的天地通信手段外,另一个传输信息的重要手段就是电视传输设备,这也是载人飞船特有的设备。电视系统的作用很大。在飞船的轨道运行段,通过电视传输系统,地面指挥人员可以了解他们在干什么,了解研究他们的工作情况、生活情况、进餐情况、行走和睡眠情况,甚至通过对他们的面部表情的观察,可以分析他们的心理状态。作为图像信息,全国甚至全世界都能欣赏到他们这种有趣而奇异的太空生活。通过双向电视传输,不但可以对话,还可以看到彼此对方的表情、手势,一下子把彼此的距离缩短了,真有天涯若比邻之感,使他们感到身在寂寞的太空并不孤独,全世界亿万人都在关心和注视着他们。设在舱外的摄像机是在交会对接时,用于监视两个飞行器的相对运动和相对位置,以便调整速度和调整方向。而在飞船上的主要系统参数,及交会对接情况,都在电视监视器上显示,供航天员分析判断。可以想像得到,这是一个多么庞大而复杂的系统。

航天测控通信系统的另一个重要作用,就是在飞船返回舱返回过程中以及落地后,进行航天员与地面搜索及回收人员的联系,尤其是在故障情况下,返回落点大大偏离预定地区时,搜索人员一时无法找到返回舱,通信设备就起了决定作用,可以发出各种无线电信号,呼救信号,双方通过语音联系,能帮助尽快的找到和营救航天员。这可不是耸人听闻,“联盟”号飞船的飞行中还真出现了这种情况,有一次返回飞行中,控制系统出了故障,返回舱落到了距正常落点2300km以外的地方,而且返回舱被降落伞绳挂在一个悬崖的树上,上不着天,下不着地,又不敢乱动,可苦了航天员,挂了两天。最后通过无线电通信设备和搜索飞机的联系,才找到他们,总算脱了险。从中也可以看出,通信系统的重要性。

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