专访测控通信系统总设计师于志坚

测控通信系统总设计师于志坚
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　　于志坚，1960年出生，山东平度人，毕业于解放军测绘学院，硕士生导师。北京跟踪与通信技术研究所所长,中国载人航天工程测控通信系统总设计师。

　　记者：测控系统工作与读者见面比较多了，但大家对整个测控系统并不是很了解。目前我国测控网的布局是怎么样的？

　　于：我们国家现有的测控网有三个。第一个是原来的超短波测控网,负责我们国家中低轨道卫星的测控任务。这个网现在还有三、四个测控站在用，主要是测控今年刚打的“风云一号”卫星，大约还有两到三年的寿命。超短波测控网的频段不太标准，频率低，与电视、广播的频率差不多，相互间易形成干扰，测量精度也差一些。所以等“风云一号”任务执行完以后，也就是2004年到2005年吧，超短波测控网就淘汰了；第二个测控网是C波段测控网，主要用于同步卫星的发射和定点管理。这个网有三个站，一个在渭南，一个在厦门，还有一条测控船。后来在又建了一个由若干限动天线和遥测单收站组成的长期管理站，负责我国C波段卫星的发射和定点管理；第三个就是现在为中国载人航天工程建立起来的测控网，为S波段测控网，形成了目前我国的一个高精度测量带。这个测控网主要负责载人航天的测量任务，同时也兼顾了我国中低轨卫星和部分地球同步卫星的测控。这也是未来的主用测控网，原来超短波测量的任务都由它来取代。

　　记者：载人航天测控网从什么时候开始研制?

　　于：1992年载人航天工程开始启动，测控系统也就开始论证、设计和研制了。

　　记者：您一直在参加？

　　于：对。1992年工程上马以后，我们所也新编了一个载人航天测控总体技术研究室，我就一直负责这项工作，从论证到总体方案设计以及任务实施一直都参加。

　　记者：测控通信系统任务前期都需要做哪些工作?

　　于：前期主要分几个阶段。首先要根据任务总体要求进行方案论证，论证它的合理性、必要性和可行性。可行性主要是根据我们国家测控网的水平，考虑能不能做到，如果做不到，再返回去迭代，这就是我们的第一步。论证之后就根据任务需求，确定那些站参加，还需要增加几个站，需要配备哪些新的东西，等等，进行总体方案设计。这些工作完成之后，就进入了第三个阶段，设备研制和软件研制。这期间还有一个分系统的方案设计问题。载人航天测控网分了五个分系统：上升段、返回段、通信分系统、中心分系统、海上测量分系统，各分系统也要进行相应的方案设计。这个工作量很大，前后经历了很长时间。再一个就是软件开发，也是一项很大的工程，设计单位很多，应用软件、系统软件都要分工研制。硬件、软件都完成了，才开始集成、联调。前期调试争取把每个环节都测试到，像上升段、运行段、返回段的联调，测量船都要参加。关键弧段都是按一比一的时间走,运行段因为时间很长,可以进行压缩联调，但前期测试都要做到。分系统调试工作都正常了,进行全系统联调。

　　记者：载人航天工程测控网一共有多少个测控站？

　　于：载人航天工程测控网一共有十三个站，大体是这样布局的：上升段有三个站，第一个是东风，就是发射场；第二个是渭南站，在西安附近；第三个是青岛站。这三个站负责飞船在上升段的测量，覆盖率可以达到100%。其次是入轨段，有两条测量船：“远望一号”和“远望二号”。飞船入轨的时候有很多动作，如捕获地球、建立正常运行姿态、太阳帆板要展开、判断轨道是否正确等，都能够看到。青岛站在入轨后1分钟还可以看，和“远望一号”测量船可以接上。这样的话，飞船入轨以后5到6分钟的情况地面都可以看到，基本可以判断飞船入轨的高度够不够，太阳帆板动作是否正常。入轨二十分钟以后，“远望二号”船再进一步跟踪判断，看看飞船入轨运行情况，是不是有问题。第三个关键段是返回段，非常重要。因为飞船在这个弧段要进行调姿、分离和制动。这个弧段我们布置了两个测控站：一个是“远望三号”测量船，在好望角附近；另一个是纳米比亚陆上测控站，取代了原来租用法国的一个测控站。飞船返回时的调姿、分离等动作都在这两个站里完成。

　　记者：返回段也是全部覆盖。

　　于：对。其实返回段只有一条船测量就够了。增加纳米比亚这个站，一是为了把飞船返回制动这一弧段全部覆盖，可以多看一段时间；再一个原因是这个地区的海况不好，“好望角”被航海家称做“死亡之角”，可能一两天没问题，时间一长海况就不稳定了。我们担心这条船因为海况问题而不能执行任务，所以后来提出来在纳米比亚建一个测控站。这样的话，即便“远望三号”船有问题，我们还有一个备份。下一个弧段是飞船返回舱分离，有两个站。一个建在巴基斯坦的卡拉奇，原来是我们国家的一个活动站，现在基本上就不动了。另一个是新疆和田的一个活动站，可以接着卡拉奇站继续监测。最后就是着陆场的活动测量站，负责飞船再入大气层后的回收测量。这几个关键段都保证了,其他的运行不必盯那么久。考虑到运行段的测量间隔太久，我们又在印度洋布了一条“远望四号”测量船，保证飞船自主运行期间每一圈都能够看到。

　　记者：我们在国内建测量站主要考虑哪些因素？

　　于：一是根据飞船的飞行轨迹，二是在国内尽量把经度拉开，在最远的地方建测量站。西边在喀什建了一个站，出境入境都可以看。东边有青岛站，又增加了一个厦门站。这样一来，上升段三个站，加上喀什和厦门，国内五个陆上固定站，四条测量船，国外有纳米比亚和卡拉奇站，还有和田和着陆场两个活动站，一共十三个。

　　记者：这么多测控站，测控的覆盖率能达到多少?

　　于：针对飞船运行轨道来讲，我们现在的覆盖率平均能达到14%-16%。但是关键段的覆盖率很高，像上升段我们百分之百全部覆盖了。入轨段也很关键，放了两条船。返回段放了一条船，建了纳米比亚、卡拉奇两个陆上固定站及和田活动测量站。这几个关键段都有了保证之后，在运行段放了一条“远望四号”船，每一圈都能够测到。这种覆盖主要靠陆海基测控站，包括海外的建站。美国最初载人时建站最多，达到了百分之二十几，己经很困难了。我们对如何建站的方案一开始也讨论了很长时间，基本指导思想就是：第一要确保关键段，有动作弧段的测控；第二个尽量兼顾运行段，就是提高覆盖率。这个原则在现在看来是很正确的。因为根据我们国家的国力,不可能大规模进行国外布站。

　　记者：这么大的布局，我们怎么去协调控制？

　　于：整个布局是分了三个中心。一个是东风指挥中心，负责上升段从发射到入轨的测控；一个是北京指挥中心，负责运行段和返回段；第三个是西安卫星测控中心，实际上是我们国家卫星测控用的。因为载人航天的测控可靠性要求很高，关键的控制计算最少要两到三个单位来计算，一个单位计算怕出现失误。俄罗斯他们就出现过把符号单位搞错的问题。所以我们把西安测控中心针对载人飞船的要求进行了一些改造，这样既可以承担卫星测控，又可以承担飞船测控。这样我们新建立了两个中心，改造了一个西安中心，可以全面控制和协调测控站的使用。

　　记者：操纵这么大的一个测控网，您觉得最重要的难点在哪里？

　　于：主要是对它的操作和管理。因为你拥有几台先进的设备，建几个测控站，并不等于你就拥有了一个先进的测控网。一个完整的测控网至少由两个“中心”加若干个测控站组成。

　　记者：两个“中心”是针对什么说的？

　　于：一个是网管中心，对所有的测控站进行管理。这包括两个方面：一是各个站把自己的设备运行情况实时发送到网管中心，从网管中心可以看到整个系统的设备工作情况；二是调度和控制各个测控站的任务。什么时候执行什么任务，要有合理的分配。比如说这一次执行载人飞船的测量，下一次是卫星任务，提前要把执行参数发送过去，相当于远程匹配和控制，也就是对测控站进行远距离操作；另一个“中心”是测控中心，也就是任务中心，是对航天器的操作，对航天器发指令。航天器状态通过遥测参数传下来，测控中心能够看到。我们这个测控网就是按照这样的总体方案进行建设。网管中心只有一个，任务中心可以有很多个。我们载人航天有一个任务中心，卫星也有一个任务中心。将来发展到第二代导航

　　记者：我们这个测控网在国际上是处于一个什么样的水平?

　　于：我们这个测控网在国际上是很先进的，达到了世界先进水平。衡量一个测控网是不是很先进，有很多指标。覆盖率只是其中的一部分，但不是主要的指标。因为它不是技术性的问题，与你的资金投入有关。测控网的先进性主要指整个体系的自动化水平、网络管理水平、多任务支持水平等，这些技术指标形成一个总体指标。同样一个测控网，可以管10颗20颗星，也可以管50颗星，这样就把我们的效益发挥出来了。另外也与设备本身的精度有关系，这些我们都达到了世界先进水平。还有设备本身的自动化水平、稳定性、可靠性等，都是很重要的指标。我们国家这个测控网效率很高，可以说是有中国特色的先进测控网。

　　记者：您是测控通信系统的总设计师。这几次“神舟”飞船发射过程中，哪一次对您来说最艰难？

　　于：“神舟”三号飞船的发射过程中，遇到了“日凌”问题，当时我在发射场，感到压力很大。其实“日凌”问题是一种自然现象，每年的春分、秋分前后，在静止卫星星下点进入当地中午前后的一段时间里，卫星处于太阳与地球之间，地面卫通站对准卫星的同时，也对准了太阳，这时强大的太阳噪声使通信无法进行，这种现象称为“日凌中断”。正好“神舟”三号飞船发射赶在这个时间，任务前都集中精力协调这个问题。

　　记者：实际上平时的通信网都存在这个问题。

　　于：平时的情况不一样，中断一下无所谓。因为都知道是这个时间，提前发个预报，让大家注意一下，如果没信号可能是“日凌”中断问题。但对于我们载人飞船的这个网来说，有些站可以这么做，中断就中断了，中断完了再建立起来。但有些站是不允许中断的，比如说正好那一段时间在关键段，像返回段要及时发送遥控指令，实时判断飞船调姿、制动情况等，中断就有问题了。

　　记者：当时“日凌”问题会影响哪些测量站？

　　于：那时主要是“远望三号”船，处在飞船返回段测量中，看“日凌”发生的时间与“远望三号”船测控时间差多长时间，会不会中断“远望三号”船的测控。当时计算是差了约半个小时。

　　记者：也就是说“日凌”发生时间离飞船到达“远望三号”船的测控区域还有半个小时。

　　于：对。我从设计师这个角度上考虑，从技术分析上认为是可以的。当时在北京、发射场都组织人员计算过，推断了一下，认为问题不大，不会影响发射任务。但是从任务组织上来讲，感觉这个问题太重要了。当时提出了很多方案，是不是要推迟一天发射等等，当时我的压力非常大。后来在任务过程中，根据我们预报的时间，我又专门组织人员把“日凌”真正发生的时间、通信中断和建立的时间严格的看了一下，实际证明真正发生“日凌”的时间和我们预报的时间基本吻合，前后差了不到一分钟。通讯中断都又建立的时间也是三五分钟。

　　记者：毕竟测控通信系统是飞船和地面唯一的连线，任何一个小问题都会引起大家的担心。

　　于：的确是这样。“神舟”三号期间还有一件事，飞船运行初期出现了一些小的低级错误，造成很紧张的气氛。当时飞船飞行到第二圈和第四圈，喀什测控站和卡拉奇测控站接收数据都不正常。因为这两个站是连续的，一般连续两个站出现错误，可能就标志着飞船不正常了。所以我听到这个消息后很担心，就赶紧叫总体人员组织分析。遥测数据有问题，地面上不知道飞船工作正常不正常，有什么故障也说不清，后面的工作就无法进展了。

　　记者：那时候刚发射完。

　　于：刚发射完两个小时，其他测控站数据都拿不出来。我那时还在发射场，晚上折腾了半夜，后来发现不是飞船出问题，才稍稍松了口气。卡拉奇站地面设置有点问题，喀什站是地面机故障，倒没有造成很大的损失。但类似这类问题，在任务期间非常紧迫。因为遥测数据是飞船上天后唯一的通信方式，尤其在载人飞行的时候，飞船工作正常不正常、航天员和地面之间的联系都完全靠数据说话，作为我们总体设计师，最担心的就是这个。

　　记者：测控系统在将来还面临更加艰巨的任务，您觉得我们这个测控网将来的发展方向是什么?

　　于：测控通信系统一开始的设计方案就是按载人状态设计的,一次投入，长期服役，所以我们这个网设计建设好了之后,至少要保持十五年不变，每次任务的改变只是根据

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