巧攬神舟游九霄

又是一個金色的秋天，中國再一次迎來了神舟號飛船遨游九霄的激動人心的時刻。

當火箭烈焰騰飛的那一瞬，當航天員出艙活動的那30分鐘，當飛船平穩而悠游地沿著既定軌道運行，當圖像一幀幀傳送到飛控中心的大屏幕上，當飛船進行一系列姿態調整，我們大概很少知道，有一條看不見的信息通道，為天地之間架起了一座橋梁。這就是測控通信系統，它支持和保障著神舟號飛船的升空、運行和回收。

測控通信系統是航天活動中不可或缺的一環，曾經有人將它比喻成看不見的“風箏線”，從神舟五號任務開始，這個系統漸漸為人所知，那么，神舟七號飛船的測控通信系統與神舟五號、神舟六號是否一樣?測控通信系統如何保障航天員出艙行走?測控通信系統又是怎樣解決伴飛衛星的測控難題的?

飛船與地面之間溝通的橋梁

在航天活動中，航天器包括飛船進入太空后，測控通信系統就成為航天器與地面保持聯系的唯一通道，如果這個系統不能保持正常運行，航天器就等于是人類往太空里扔的一個垃圾。系統的重要地位由此可見。在我國的載人航天工程中，承擔測控通信系統總體設計的北京跟蹤與通信技術研究所，通過建設航天測控網為神舟飛船架起了天地之間的溝通橋梁，讓航天員在太空中能夠及時與地面指揮中心保持聯系。

測控通信系統在航天任務中有兩大基本作用：測量和控制。測量的主要目的是要了解航天器在空間中的位置以及工作狀況，通過測量數據分析判斷航天器的空間位置，同時，根據相關數據了解和掌握它的工作平臺、有效載荷以及一些輔助設施、設備的工作狀態。控制的主要目的有兩個：一是控制航天器的運行軌跡，很多航天器都要通過多次變軌，才能到達預定的軌道；二是讓航天器做人們事先設定好的一些工作，比如航天器上攜帶的科學儀器或設備的開機關機、獲得數據的向下發送，都要通過地面控制有效地對航天器進行指控調度。

對載人航天工程而言，除了上面兩個基本功能之外，系統還有一個更加重要的任務：神舟飛船上面有航天員，天地之間必須要有順暢的通信聯系。航天員和地面保持通話，這在系統中叫天地話音，在飛船飛行過程中，必須讓航天員與地面指揮中心及相關的科研人員保持話音上的溝通聯絡。因為航天員在太空中做科學試驗，或對飛船進行一些人工操控期間，可能需要地面的飛控人員指導他按照預定的方案完成他所要完成的工作，特別是在發生一些異常情況時，更加需要保持天地之間聯絡通道的暢通，以確保不會發生意外情況。

北京跟蹤與通信技術研究所的總體設計人員要通過精心的計算和巧妙的布局，把各個指控中心、測控站、測量船的各種跟蹤測量和通信設備有機地結合起來，構建起能夠使之發揮出最大的效能的航天測控網，設計出最佳的測控通信總體方案，為神舟飛船提供強有力的測控通信保障。

神舟七號任務對測控通信系統的多重挑戰

神舟七號飛船飛行任務的測控通信保障與神舟六號、神舟五號飛行任務到底有哪些不同?有著什么樣新的要求和特點?

在對神舟七號任務的測控通信總體方案的要求上，提出了多項必須滿足的任務要求。第一，要滿足多人多天的測控通信保障，至少是3人3天，如果出現異常情況，也有可能推到4至5天；第二，要保證航天員在出艙活動時能夠提供連續的測控通信覆蓋，也就是說在航天員出艙活動的30多分鐘的時間里，必須保證連續的測控通信時間；第三，中繼衛星系統天鏈一號衛星第一次在神舟任務中運用，需要進行大量的測試、聯調工作；第四，完成伴飛衛星的測控通信任務，伴飛衛星的繞飛控制在我國是第一次，這種技術在國際上是比較先進的，具有非常重要的意義。

為了實現神舟七號飛船的任務要求，在3年的時間里，北京跟蹤通信與技術研究所的總體設計人員進行了艱苦的準備工作，設計出了滿足任務要求的測控通信總體技術方案。然而，從方案到具體實施，依然面臨著各種各樣的嚴峻挑戰。神舟七號飛船飛行任務測控通信系統所呈現出的特點，其實也正是系統所面臨的挑戰。

首先，就規模上來說，神舟七號飛船的測控通信超過了之前的任何一次航天任務，對比以往歷次載人航天任務，從目前可預見的未來來看，可以說是空前絕后。參加任務的遠洋測量船達到5艘，其中，遠望五號、遠望六號船是首次參加航天測控任務的新船，遠望一號和遠望二號船是老船，執行完此次任務后就要退役。因此，此次神舟七號任務“老中青”三代測量船共同參試，在測量船的使用規模上創造出了空前的紀錄。

另外，參加任務的測控站，國內部分基本不變，仍為5個固定測控站，2個活動測控站，但是，位于主著陸場的活動測控站將首次為測控通信系統提供支持，承擔伴飛衛星的測控通信任務。國外的測控站則在“神五”、“神六”時使用的納比米亞站、馬林迪站和卡拉奇站的基礎上，增加了一個智利的圣地亞哥站。

參加任務的3個中心的設備技術狀態改變也較大。為了更好地完成神舟七號飛船的測控通信任務，測控通信系統除了對一些光學、雷達設備進行技術改造之外，對東風、西安和北京3個中心也做了大量改進，尤其是北京中心，進行了計算機系統軟硬件的全面升級。東風中心的支線系統進行了換代，西安中心在前期其他衛星任務中也做了相應改造。

總體方案為神舟七號航天員出艙提供堅強保障

神舟七號飛船發射升空，是我國載人航天工程二步一階段的第一次任務，具有承上啟下的里程碑意義。此次任務與神舟五號、神舟六號飛船相比有兩大顯著不同點：一是航天員的出艙行走，二是伴飛衛星的釋放。這兩點既是此次飛行任務的亮點，同時也是測控通信保障的難點。

在以前的航天任務中，測量或通信偶爾有些間斷對整個任務不會是致命的影響，但這次航天員出艙的短短30分鐘時間里，必須非常可靠地保證完成測量控制和通信這些功能。

載人航天工程總體對測控通信系統提出的要求是要保證對神舟七號飛船連續30分鐘的測控通信弧段覆蓋，以確保航天員在出艙前的準備階段、實施階段和返回階段能夠跟地面和飛船之間保持暢通的通信聯絡，經過總體人員的努力，測控通信達到了47分鐘的連續覆蓋。

在外行人看來，也許覺得30分鐘和47分鐘相比并沒有很大的差別，但是，如果他知道一條遠洋測量船對這樣一個軌道的有效覆蓋段落也就是6到7分鐘的時間，那他就會明白這兩個數字所包含的含意究竟有多么不同了。

為了保證47分鐘的覆蓋，系統動用了5條船，國外4個站，國內7個站，前后銜接，順次接力才實現這個目標。盡管通過各種辦法在方案上實現了連續覆蓋，但就每一個點來說，仍然只能是一臺設備、一套系統、一個站、一條船，難以備份，能否確保可靠，對系統總體人員來說仍然是很大的壓力。

還有將要釋放一顆伴飛小衛星，能否成功測控這顆小衛星對于我國將來進一步發展空間站和空間試驗室技術具有非常重要的意義。未來要建設在空間長期駐留的航天設施，就涉及到診斷、維修和維護一系列問題，釋放小衛星圍繞空間站飛行，可以用星上的成像設備拍攝它外部的細節，供地面指揮中心對航天器進行診斷。

就技術層面而言，要保證伴星、飛船以及留軌艙相互之間不會發生碰撞，必須精確地完成對它們飛行軌道的測量與控制，這就牽涉到多目標測控的課題。多目標測控在我國的載人航天任務中是第一次遇到，尤其困難的是留軌艙這次改成氣閘艙后上面沒有安裝應答機等合作目標，只能采用非合作方式進行測量。

經過兩年的刻苦攻關，科技人員最終找到了解決問題的辦法，通過利用我國的光電望遠鏡、反射式脈沖雷達共同解決了非合作方式的測量難題，實現了多目標的測量控制和管理。

在神舟七號任務的測控通信中，我國的天鏈一號中繼衛星首次參加，標志著我國真正走出了天地基一體化測控通信系統發展道路的第一步。與單純的地基測控通信系統相比，天基測控系統的優勢是幾乎不受地球曲率的影響，一顆地球同步軌道衛星就可以覆蓋三分之一的地球面積，比遠洋船和測控站覆蓋的范圍要大得多。雖然，此次中繼衛星參加測控任務屬于試驗性質，但是，它所昭示的重要意義依然不容低估。