中國布局“深空測控網”

席志剛

中國的嫦娥三號發射前夕，正值美國大片《地心引力》在全球熱映，電影中一名女宇航員因為一次太空中的意外事故與地球大后方失去了聯系，不得不一個人面對宇宙的無垠和人類的孤獨并想方設法回到地球。

電影的故事雖然虛構，但卻形象地展示了現代航天中測控通信的重要“臍帶”作用。

事實上，為了保障這條臍帶的通暢，在中國航天向浩瀚宇宙進發的過程中，一張由海基測量船、國內陸基、海外陸基以及天鏈1號、2號組成的“深空測控網”正在逐漸完成。這些測控站點就好像是蜜蜂的復眼，地面工作人員通過這些“復眼”了解嫦娥三號運行、飛行等情況，落月后展開月地間的遙操作，控制月球車的行走動作，并為未來的深空測控提供支持。

遙操作“三大中心”

無論是嫦娥三號 “落月”，還是月球車巡視勘察，都需要極為精確的測控控制技術做保障。

航天專家龐之浩告訴《中國新聞周刊》，本次任務是中國首次在地外天體實施軟著陸探測，任務技術狀態之新、飛控技術難度之大均前所未有。

據北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹，此次任務飛控工作有“三高”：技術狀態全新，處置能力要求高；遙操作約束復雜，飛行控制精度高 ；系統交互多，著陸器和巡視器兩器協同程度高。針對這些難點，北京航天飛行控制中心先后突破了高精度月面視覺定位、月面巡視動態任務規劃、巡視器路徑規劃與行走控制等六大關鍵技術。

這些技術和任務最終都需要來自地面的指揮，因而建設一張能夠實施精確測控的深空測控網必不可少。

據了解，嫦娥一號共使用了6個國內測控站，以及南美、歐洲、大洋洲等海外監測站，加上海上移動的兩艘遠望號測控船，觀測嫦娥一號的“復眼”達到十余只。

嫦娥二號發射時中國已經具備了由13個測控站組成的龐大、先進的航天測控通信網。這些測控系統包括3個中心、3條測量船、6個位于國內的測控站、1個建于國外的測控站、4個天文觀測站及1個國際聯網測控站。

“嫦娥二號是嫦娥三號的先導星，承擔著為嫦娥三號月面軟著陸驗證部分關鍵技術，特別是首次試驗X頻段深空測控技術。”龐之浩解釋說，X頻段深空測控試驗的成功實施將使無線電傳輸信號頻率大大提高，遠距離測控通信效果更好、測量精度更準、信息容量更大，是中國邁向深空探測的重要一步。

據了解，嫦娥三號使用地面測控系統更加先進和全面。包括啟用多處天文臺配合地面測控。整個測控網絡的核心是位于國內的三大中心，即西昌衛星發射中心、北京航天飛行控制中心和西安衛星測控中心。它們有不同分工，分別側重不同的測控任務。

西安衛星測控中心負責對分布在國內外的多個測控站、船、中繼衛星組成的測控網實施管理。

北京航天飛行控制中心是航天飛行器任務的飛行控制和遙操作中心，也是嫦娥三號任務全過程的指揮控制神經中樞，是所有測控信息的集散地。嫦娥三號在奔月之路上的各階段數據注入與指揮控制，均與這個中心的指揮控制息息相關。

西昌衛星發射中心則主要擔負發射時對火箭的測控任務，接收記錄北京中心轉發的衛星遙測數據并提供給衛星系統。準確判斷運載火箭飛行狀態，在發生故障、情況危急時立即正確分析情況并做出相應決策，保證發射段火箭與衛星的安全。

“深空測控網”

測控系統是所有航天器飛行的“神經中樞”，航天器在發射段、上升段、變軌段、分離段、返回制動段等關鍵飛行段落都離不開測控通信支持。而航天測控水平則是一個國家航天發展水平的重要標志，因此，中國一直在努力完善自己的測控通信網。

航天測控網一般由航天控制中心、分布在世界各地的若干航天測控站、海上測量船以及空中空間測控平臺組成。測控站按其分布，有陸上測控站、海上測量船、空中測量飛機和跟蹤與數據中繼衛星四大類。

中國從1967年開始建設自己的航天測控網，2011年神舟八號發射前，航天測控通信網進行了全面升級，由專線體制升級到網絡體制，并與中繼衛星系統共同參與測控組網。

與嫦娥一號、二號不同，嫦娥三號任務的重點和難點是“兩器協同控制與巡視器的遙操作”。對于應急處置能力、飛行控制精度和天地協同控制提出了更高的要求。

為此，在三大中心之外，嫦娥三號還啟用了經過改擴建的佳木斯測控站，該測控站新安裝了64米口徑測控天線，并同時具備三個頻段通信測控功能。與已擁有35米口徑測控天線的新疆喀什測控站共同構成一個深空測控網，并與三亞新型測控站形成中國航天陸基測控網“大三角”布局。

為了提高測控精度，嫦娥三號還啟用了多處天文臺配合地面測控。包括云南昆明40米口徑和北京密云50米口徑射電望遠鏡，以及中科院上海天文臺剛建成的65米口徑射電望遠鏡，為嫦娥三號任務提供精確測控保障。

“測控網和天文臺相互備份，可以確保遙操作精準。”龐之浩說，兩個以上的天文射電望遠鏡組合起來可以實現測軌和定軌，于是我國采用了測控網與天文測量技術聯合測軌的方法，用以提高定軌精度。

這種聯合測控的方式將在未來的深空測控網中得到更多應用。按照計劃，佳木斯64米口徑測控站、喀什35米口徑測控站以及將于2016年建成的南美測控站將構成的三站聯網的深空測控網。而未來新疆烏魯木齊天文觀測站要建立80米口徑望遠鏡，也將是未來深空測控的補充力量。