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巧织天网控“神舟”——来自北京跟踪与通信技术研究所的报告(上篇)

http://www.sina.com.cn 2003年11月05日12:16 解放军报

  本报记者 柴永忠 本报特约记者 刘程 本报特约通讯员 李筱梅

  朋友,你一定难忘这样的镜头:在“神舟”五号载人飞船邀翔太空的时刻,军委副主席曹刚川上将与置身九天的航天员亲切对话;在世人瞩目下,中华飞天第一人杨利伟从容地在太空展示中国国旗和联合国旗,清晰逼真的电视图像穿越云海雾涛,传遍五洲四海;在北京指控中心的大屏幕上,一道道闪烁的轨迹和声像数据实时传报着飞船和航天员在太空的举
手投足,天上人间一时被拉近得似乎可以听到彼此的心跳。

  你可知,那一道道指令、一组组数据、一帧帧图像、一声声话音,都是通过设在国内外的13个测控站编织的“飞天网”实时发送与控制的;而担任中国载人航天工程测控通信系统设计与建设总体协调任务的就是北京跟踪与通信技术研究所。当鲜花与掌声涌向舞台的时候,你很难在前台看到他们的身影,“敢为人先,甘为人后”的跟踪与通信技术研究所的科技人员就是这样一群永远的“幕后”英雄。

  金秋时节,记者带着景仰与好奇走进了位于北京西郊的这所神秘院落,去探寻中国载人航天测控通信前行的足迹。

  多项“国内首创”掌控“神舟”飞天

  在一座小楼的会客室里,我们有幸见到了这里的主人———中国载人航天工程测控通信系统总设计师于志坚所长。43岁的他一身便装,一副无边眼镜透出一种儒雅与自信,连日的征战使他的双眼布满血丝。

  谈起中国载人航天的测控系统建设,于总顿时双眸一亮,一扫多日的倦容,解开外衣,挽起袖管,仿佛一下子又回到了他熟悉的试验现场,竹筒倒豆子般打开了话匣:

  “在‘神舟’七大系统中,测控与通信是一块极特殊的部分。说它特殊是因为它无处不在、无时不有,载人航天工程其它六大系统与我们都有紧密联系,正常情况下却‘看’不到,可出了问题首先‘撸’的就是你。”

  “这可以用放风筝来打个比方”。于总说,“航天器好比是风筝,靠测控系统来传递信息,如果线断了,恐怕风筝在哪儿都不知道。而地面的控制中心就像放风筝的人,对风筝的高低等等状态进行实时控制”。

  从航天员一进舱,测控系统就要开始忙碌,一直工作到飞船飞行结束安全返航,还有半年对留轨舱的测控任务。我们的测控对象不仅有运载火箭、飞船,还有航天员和其他一些载荷。

  据介绍,我国此次载人航天工程以新研制的S波段测控系统为骨干,实现了多项关键技术的突破。形成了规模适中、功能齐全的陆海基测控通信网络。目前该测控网不仅能满足载人航天任务的需要,还能同时为20多颗以上的卫星提供测控支持。

  新型航天测控通信系统改变了以测控站为主对航天器进行测控的原有方式,通过设立网络管理中心,对测控网实行集中监控,并负责测控资源的动态优化配置,实现了测控站的联网和统一管理调度。同时该系统采用符合国际电联要求的频率标准,具备了天地话音、电视图像和高速数据传输等满足载人航天测控要求的能力。

  在“神舟”漫漫的飞天路上,正是这一项项“国内首创”的关键技术,无时无刻不在引领着我们的飞船按预定轨道运行。

  于志坚所长自豪地告诉记者:“此次载人飞船测控保障任务,由酒泉控制中心、北京指挥控制中心和西安测控中心对分布在国内外的13个测控站实施管理和调度,这13个测控站包括分布在三大洋上的4艘‘远望’号远洋测量船、国内陆上的5个固定测控站和1个活动测量站以及3个国外测控站。这些测控中心和测控站共同组成了统一的测控通信网,它是我国航天史上规模最庞大、系统最复杂、技术最先进、可靠性最高的测控系统。”

  用较少的投入创出“四高”效益

  中国载人航天工程对测控通信系统提出的要求是“高实时、高覆盖、高速率、高可靠”。就是为了这“四高”,研究所几代科技人员前赴后继,无怨无悔。

  蜀道难,难于上青天。而决心问鼎天宫、织就中国“飞天网”的科技人员早在20世纪80年代就开始了载人航天的蜀道之行。

  尽管在此之前,我国的航天测控网已初具规模,但面对载人航天任务,他们仍然感到心中沉甸甸的———因为人命关天,考虑到航天员的安全,一星半点的疏漏都不容许发生。

  “历尽天华成此景,人间万事出艰辛”。1986年春天,时任该所副所长、现今已是载人航天工程副总设计师的罗海银带领12名专家离家舍子,在北京左家庄的几间单元房里一干就是大半年。高级工程师王焕高负责该系统的经济技术可行性论证,为了中华民族祈盼千年的飞天梦早日实现,年仅47岁的他不幸积劳成疾,永远倒在了他心爱的测控工作岗位上。

  与时间赛跑,用生命作蜡烛的中国载人航天的第一代测控人就是这样点燃了飞天路上的丛丛篝火。他们发扬团队协作精神,结合当时我国测控技术的现状和发展中继卫星技术所需要的经济技术条件,果断地提出了建设我国集测控、图像、话音传输功能为一体的S波段统一测控系统的新构想。

  新构想提出来了,如何得到其他系统的论证?按航天工程的经验,测控系统设计往往始于其他系统之后,而我国的载人航天工程任务急、时间紧,各系统建设基本是平行推进。罗海银决定迎难而上,没有哪个系统给测控通信系统提要求,他们就自己给自己提要求。

  经过反复推演,1992年9月21日,中国载人航天工程正式立项,测控通信系统的方案开始进入设计阶段。罗海银和于志坚分别被任命为该系统的总设计师和副总设计师。如何满足载人航天“四高”的测控通信要求,找出一种最佳的布站方案,在测控站船数量少的情况下,圆满完成测控任务,他们为此绞尽了脑汁。

  早在中国之前,美、俄已建立了自己的载人航天测控网。美国利用自身政治、经济大国的优势,在全球布下了20多个载人航天测控站。但这样一个庞大的网,操作管理非常复杂,经费投入更是惊人。仅每年的操作管理费就要消耗掉3.5亿美元。作为中国来讲,全球布站不可能,如此庞大的投入也承担不起,美国走的路行不通。

  俄罗斯建网利用的是当时苏联辽阔的地域经度覆盖和较高的纬度优势,仅仅为保证载人飞行器的运行段测控,就从堪察加半岛到克里米亚半岛布了15个主要测控站,经度覆盖范围近180度,另外还有11艘测量船参加任务。显然,俄罗斯的建网模式我们也做不到。

  “要织就我们中国人自己的‘飞天网’,必须独辟蹊径。”于志坚和同事们经过反复计算和比较,提出了“立足中国国情,确保关键段,兼顾其他段”的方案设计原则。所谓关键段,一是上升段,再是返回段。因为这两个段是容易发生故障的关键段,测控网必须在这两个段保障百分之百覆盖。

  记者看到,从普通的A4纸大小的世界地图上看,这两段的飞船运行轨迹就像一个“八”字,为了把这“八”字的两笔包住,于志坚和他的同事们几乎每天用小圆圈在图上比来划去,力争用最少最合理的“圆圈”做到最完美的衔接与覆盖。

  最终,他们仅用4船9站的布站方式就成功完成了布网。

  “透明工作方式”显威中国“飞天网”

  值得一提的是,在S波段统一测控通信网的建设过程中,于志坚和孙宝升、翟政安等一批年轻的技术骨干,还首创了我国航天测控的透明工作方式。对航天器的数据处理、状态监视、控制决策和实施由航天器的任务中心统一完成,改变了我国航天测控沿用了20多年的由测控中心、测控站共同负责航天器测量数据处理、航天器控制决策的模式。此举大大加强了指控中心实时掌握飞船和航天员状况的能力,加快了故障判断、指挥决策和指令发送的速度,而且可以适应多星测控任务的要求,一网多用,在测控通信效率上实现了质的飞跃。

  说起透明工作方式,于志坚至今还记得“神舟”一号飞船的一次意外“遭遇”。在飞船返回的前一圈,青岛、渭南两个地面测控站向飞船注入返回参数均告失败,如果再不成功补注指令,飞船将失去控制,后果不堪设想。

  军情似火。研究所的翟政安第一个向指挥部提出“利用透明传输方式,由指挥控制中心通过远在南大西洋的‘远望’三号测量船,直接向飞船补注返回指令。”这一方案立即得到了指挥部的批准。飞船到达“远望”三号测控区,目标刚一出地平线仰角为零时,“远望”三号就牢牢咬住了目标,在仰角7度前一次注入成功。透明工作方式为“神舟”一号飞船正常返航和准确着陆立下了汗马功劳。(解放军报2003年11月05日第9版)


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