航天測控技術的發展趨勢與展望

天津航天長征火箭制造有限公司 王 杰

西安航天發動機廠 張 磊

上海飛機制造有限公司 韓超眾

航天測控技術的發展趨勢與展望

天津航天長征火箭制造有限公司 王 杰

西安航天發動機廠 張 磊

上海飛機制造有限公司 韓超眾

在航天飛行器完成任務過程中，測控技術的地位是不可忽視的。本文簡單介紹了測控網技術的發展現狀，并提出了測控技術中的兩點難題，并對此提出展望。

測控技術；飛行器；測控網

1 引言

隨著太空探測的深入，測控技術在航天領域的地位顯得尤為重要。航天測控技術是一種對航天飛行任務目標跟蹤測量和控制的綜合技術，通過網絡通信技術來完成運載火箭等航天器的跟蹤測軌、遙測信號接收與處理、遙控信號發送等任務[1]。隨著航天領域飛行器的發展，我國的測控技術也有了長足的進步，目前我國的航天測控技術已呈現出高精度測量帶和衛星測控網相輔的交叉性協作[2]。航天測控技術和網絡通信技術息息相關，一般對飛行器的任務目標的測控過程是通過網絡通信來實現，通常測控使用的網絡稱為測控網。

2 測控技術的發展現狀

美國的航天測控網的規模最大，也是最先進的測控網絡。從上世紀50年代開始，美國就開始對飛行器測控進行探索與實踐，在最初的探索過程中發現：地基網布局耗資巨大，且維護成本巨大，地基網對航天飛行器的覆蓋率較低；與此相比，天基網的覆蓋率較高，耗資相對低廉，建設天基測控網也就成了一種趨勢。到目前為止，美國NASA測控網絡已形成天基與地基測控網絡體系，軍用的有空軍衛星控制網、陸軍衛星控制網等，其中空軍衛星控制網是規模最大且最重要的多用戶測控網絡[3]。近些年美國使用航天測控網成功發射了高超聲速飛行器HTV-2導彈，SpaceX公司通過使用航天測控網絡實現了運載火箭的回收及二次發射。

歐空局的航天測控網地基測控站由核心網、加強網和協作網組成，核心網地面站歸歐空局所有。為了解決地基測控站對飛行器覆蓋率低的問題，歐空局正在建設數據中繼衛星系統，將其作為軍民兩用的系統，為對地觀測到深空探測提供軍民兩用的測控技術支持[4]。從美國與歐空局的發展來看，航天測控網經歷了從地基向天基測控網發展的歷程。

1984年初，我國初步建成了衛星測控網。1987年底，建成了西安衛星測控中心。在我國的航天測控網的發展中，充分利用了GPS/ GLONASS衛星導航體系來發展國內的北斗衛星導航體系，優化地基測控站的布局，逐漸由地基測控網向建設天基測控網、構建深空探測測控網發展[1,5,6]。目前，我國已建成了覆蓋廣泛的航天測控網。我國已利用國內的測控網絡體系，先后成功發射了神舟系列載人飛船、天宮一號空間站、長征五號新一代運載火箭、天舟一號貨運飛船，并完成了神舟十號與天宮一號空間站的交會對接、“嫦娥三號”探測器對月球的探測、天舟一號與天宮二號空間實驗室的交會對接等。至此，我國完成了航天飛行器的發射、飛行器的交會對接、深空探測器探月等任務，我國的航天測控技術上了一個新臺階。

3 結論與展望

從測控技術看，近地軌道飛行器的測控技術幾乎不成問題。目前飛行器測控技術的難點在于飛行器的回收與深空探測器的測控。在航天飛行器回收中，飛行器以超高聲速再入大氣層時，其表面會形成電離層，電離層對飛行器的信號傳輸造成障礙，使信號無法穩定傳輸，一般飛行器在飛躍黑障區，通常利用的手段是事后重發數據，如果在黑障區，飛行器遇到故障，會導致地面無法得知飛行器的故障信息，對通過測控技術調整飛行器飛行狀態造成了困難。在深空探測中，由于飛行器距地面或者中繼測控衛星距離較遠，信號傳輸有一定的延時，測控信號延時，在飛行器遇到故障時，無法及時調整深空探測器的運動狀態整，致使飛行器產生一些本該避免的故障。

在測控技術的發展中，提出以下建議：

（1）解決飛行器穿越黑障區信號傳輸難題。

（2）深空探測器在延時測控障礙。

（3）增強軍用航天測控網的隱蔽性，提升軍民兩用航天測控網的抗摧毀性。

（4）提升深空探測器的自主控制能力。

[1]沈榮駿,趙軍．我國航天測控技術的發展趨勢與策略[J]．宇航學報,2010,22(3)：1-5．

[2]杜偉,于爽,武宏偉．我國航天測控技術的發展趨勢與策略[J]．電子技術與軟件工程,2017(2)：42-42．

[3]李希媛,孫亞楠,鐘選明,等．國外航天測控技術新進展及關鍵技術研究[C]．中國空天安全會議,2015．

[4]郭麗紅,李洲,魏晨曦,等．歐空局航天測控系統現狀及發展[C]．第二十四屆全國空間探測學術交流會論文摘要集,2011．

[5]王朋．中國航天測控網[J]．太空探索,2006(8)：36-41．

[6]張碧雄,巨蘭．2030年前航天測控技術發展研究[J]．飛行器測控學報,2010(5)：11-15．

Development Trend and Prospect of Space Measurement and Control Technology

Wang Jie1Zhang Lei2Han Chaozhong3
（1.Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co，Ltd，Tianjin 300462；2.Xi’an Space Engine Factory，Xi’an 710100；3.Shanghai Aircraft Manufacturing Co.,Ltd）

In the process of completing the mission of the spacecraft，the status of measurement and control technology cannot be ignored.This paper brief l y introduces the development of monitoring and control network technology，and puts forward two problems in measurement and control technology，and puts forward the prospect.

：Measurement and Control Technology；aircraft；Monitoring and control network

王杰（1986—），河北石家莊人，碩士，助理工程師，主要從事于運載火箭的測試工作。