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我為“天宮”指方向|我和我的天宮

剛剛過去的2021年,是我國航天事業(yè)極速發(fā)展的一年,隨著航天員們?nèi)胱√占覉@,,中國空間站開啟了有人長期駐留的新時(shí)代,。

而在天宮空間站的建設(shè)和保障中,不乏長期以來默默堅(jiān)持的四川力量,位于四川成都的中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所(簡稱“電科十所”)就是其中一份子。

從神舟一號(hào)到神舟十三號(hào),電科十所在30年時(shí)間里打滿全場,,承研了我國70%的航天測控網(wǎng),為天宮空間站等航天器保駕護(hù)航,,是茫茫太空中重要的“指路人”,。

如何為“太空”中的天宮空間站指方向?“天宮課堂”等天地互聯(lián)對(duì)話又是怎樣實(shí)現(xiàn)的,?封面新聞“我和我的天宮”系列報(bào)道,,帶你一起走進(jìn)電科十所為天宮指方向的測控通信系統(tǒng)。

“風(fēng)箏線”也是生命線

四大功能保障航天器運(yùn)行

測控通信系統(tǒng)是一個(gè)怎樣的系統(tǒng),?它對(duì)天宮空間站等航天器的意義如何,?

電科十所載人航天總設(shè)計(jì)師、副總工程師柴霖舉了個(gè)生動(dòng)的例子:“航天器升空以后,,我們的測控通信系統(tǒng)就是航天器和地面的唯一聯(lián)系,,就很像風(fēng)箏線,而航天器就像風(fēng)箏,,風(fēng)箏需要依靠風(fēng)箏線才能穩(wěn)定飛行,,對(duì)現(xiàn)在三名航天員來說,我們測控通信系統(tǒng)這個(gè)風(fēng)箏線就變成了他們的生命線,?!?/p>

柴霖表示,這個(gè)“風(fēng)箏線”的功能可以說是多種多樣,,有軌道測量,、遙測、遙控和數(shù)據(jù)傳輸四大功能,,通過這四大功能,,既能保持空間站在理想軌道正常運(yùn)行,又可以維持空間站和地面的聯(lián)系,。

柴霖介紹,測量功能,就是從地面對(duì)航天器進(jìn)行測距離,、測速度和測角度,,通過測量功能,可以判斷出航天器和理想軌道有無偏差,,并及時(shí)糾正,,保證航天器始終在理想的軌道附近運(yùn)行;遙測功能,,主要是測量航天器上各種設(shè)備的工作參數(shù),,還包括航天員的一些生理指標(biāo),以確保設(shè)備正常運(yùn)行和航天員健康,;遙控,,則是地面要對(duì)航天器進(jìn)行控制,如變軌或給航天員發(fā)指令,;數(shù)據(jù)傳輸功能,,則是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸,通過數(shù)據(jù)以G 為單位的高速傳輸,,實(shí)現(xiàn)天地對(duì)話,、天宮課堂等功能。

“大家可以發(fā)現(xiàn),,現(xiàn)在我們出艙活動(dòng)是完全直播的,,太空課堂也直播了將近一個(gè)小時(shí),現(xiàn)在這些長時(shí)間直播的聲音畫面沒有任何停滯或模糊,,而且還像拍電影一樣是多機(jī)位,,多畫面。同時(shí)幾個(gè)分會(huì)場的畫面還要傳到空間站里,,讓航天員看到,,這表明我們的測控通信網(wǎng)的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了和地面5G相同的水準(zhǔn)?!辈窳卣f,。

新一代航天測控通信系統(tǒng)

三大特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“放心”“舒心”

測控通信系統(tǒng)作為航天器和航天員的“生命線”,經(jīng)過多年發(fā)展有哪些特點(diǎn)優(yōu)勢,?又是怎樣實(shí)現(xiàn)可靠便利的,?

柴霖介紹,目前我國使用的第三代測控通信系統(tǒng),,有三個(gè)特點(diǎn):綜合化,、高可靠、國產(chǎn)化,。

據(jù)介紹,,“綜合化”就是指新一代測控設(shè)備為測運(yùn)控一體化系統(tǒng),既有傳統(tǒng)測控功能,又有高速數(shù)據(jù)傳輸功能,,而且兩類數(shù)據(jù)融合傳輸,,大力節(jié)省資源。更重要的是,,綜合化設(shè)備和智能手機(jī)一樣,,可支持在一套航天測控通信設(shè)備同時(shí)安裝多個(gè)APP(應(yīng)用程序),不同信號(hào)形式,、工作模式,、技術(shù)體制的功能可以同時(shí)或分時(shí)使用?!斑@就好像操作手在執(zhí)行測控任務(wù)時(shí),,頗有些‘玩手機(jī)’的感覺?!辈窳乇硎?。

“高可靠”則首先體現(xiàn)在設(shè)備各個(gè)環(huán)節(jié)都可以交叉組合。柴霖介紹,,測控通信系統(tǒng)由天線,、信道和基帶3部分組成,傳統(tǒng)設(shè)備由“A天線+A信道+A基帶”縱向組成獨(dú)立系統(tǒng),,就可能造成無論任何環(huán)節(jié)出故障整套設(shè)備無法使用的弊端,,第三代“綜合化測控體制”采用了資源重組的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和技術(shù),即各部分之間以交叉組合的方式重構(gòu)出多種設(shè)備形態(tài),,例如“A天線+B信道+C基帶”,,系統(tǒng)組成靈活多樣,大大提高了設(shè)備使用率和任務(wù)可靠度,。

此外,,新一代測控系統(tǒng)還配備健康管理技術(shù)和遠(yuǎn)程支持技術(shù),用“治未病”的方式提高可靠性,。柴霖介紹,,健康管理系統(tǒng)融合了傳統(tǒng)的故障樹、專家系統(tǒng)和現(xiàn)代的大數(shù)據(jù)技術(shù),,將“發(fā)病——治病”模式轉(zhuǎn)化為“實(shí)時(shí)全身體檢,,預(yù)測疾病于未然”模式;遠(yuǎn)程技術(shù)支持系統(tǒng)使得操作手不必時(shí)刻關(guān)注設(shè)備健康狀況,,通過衛(wèi)通,、光纖、互聯(lián)網(wǎng)等多種手段,,健康管理中心可以遠(yuǎn)程對(duì)分布在各地(包括遠(yuǎn)洋)的測控站進(jìn)行體檢和維護(hù),,實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)的“零保駕”,,大大節(jié)約人力資源,提升工作效率,。

柴霖介紹,,“保駕”指以前每次重大任務(wù),需要派技術(shù)人員到現(xiàn)場,,萬一設(shè)備出現(xiàn)故障,需要及時(shí)搶修,,“這幾年實(shí)際做到零保駕,,說明設(shè)備的可靠性大大的提高?!辈窳卣f,。

最后,柴霖表示:“在新一代測控系統(tǒng)中,,從軟件到硬件,,從基礎(chǔ)元器件到整機(jī)、系統(tǒng),,已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,,穩(wěn)定性、可靠性大大提高,,用得放心,、用著舒心?!?/p>

從借鑒到創(chuàng)新

30年走出走出自己道路

從上世紀(jì)90年代初,,我國就開始了載人航天測控通信網(wǎng)的建設(shè)。30年來,,從學(xué)習(xí)借鑒到突破創(chuàng)新,,從百分之十幾的測控覆蓋率到100%的測控覆蓋率,走出來一條有自己特色的發(fā)展道路,。

柴霖回憶,,當(dāng)時(shí)使用的第一代“殘留載波測控體制”,是美國在上世紀(jì)60年代阿波羅登月時(shí)就采用的技術(shù),,即使如此,,在當(dāng)年也是十分先進(jìn)的技術(shù)。隨著時(shí)代發(fā)展,,科研人員發(fā)現(xiàn)“殘留載波通信體制”抗干擾能力較差,,在2011年左右開始正式使用“擴(kuò)頻測控體制”,大大增強(qiáng)了抗干擾能力,;而第三代的“綜合化測控體制”則是具有中國特色的技術(shù),,“我了解國際空間站還沒有運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù),,我們相當(dāng)于從借鑒模仿開始來,走出來一條自己特色化的道路,?!辈窳卣f。

2021年是中國的航天大年,,也是令柴霖感到驕傲的一年,。“讀大學(xué)時(shí)完全沒想到速度這么快,。以前想著中國自己的空間站上天,,至少2030年之后了,那時(shí)候可能自己都退休了,,現(xiàn)在能在一線參與天宮空間站一步步建成,,覺得很驕傲、很自豪,?!辈窳卣f。

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