從神舟五號到神舟十五號，神舟飛船一次次將中國航天員成功送入太空，中華民族數(shù)千年來對璀璨星河的浪漫想象也一步步成為現(xiàn)實。
(資料圖)
神舟飛船進入太空后，與地面的聯(lián)系要依靠一張測控通信網(wǎng)。這張載人航天測控通信網(wǎng)就像是“風箏線”，一頭連接航天器，一頭連通地面，時刻保證著飛船與地面的順暢通信。隨著中國載人航天事業(yè)的發(fā)展，這張測控通信網(wǎng)對天地之間的通信保障能力也顯著提升，不僅航天員的出艙和空間站活動清晰可見，還能“說來就來”一場生動的“太空授課”。
今天的“兩總話天宮”，我們就與測控通信系統(tǒng)副總設計師李國民，一同探訪空間站“天地通信”的故事。
2021年12月9日15時40分，“天宮課堂”第一課在空間站正式開課。神舟十三號乘組要在軌演示微重力環(huán)境下細胞學實驗、物體運動、液體表面張力等現(xiàn)象，并與地面課堂實時交流。這對于測控通信系統(tǒng)來說，是一項新的任務和挑戰(zhàn)。
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：太空授課基本上要求連續(xù)不能短于40分鐘測控的一些相應支持，特別是圖像和發(fā)音。圖像不能夠中斷，圖像不能模糊、也不能卡頓，我們測控系統(tǒng)要求叫“無瑕疵”，要圓滿地完成這項任務。那么這么高的一個要求我們怎么去做？必須要出一個測控中心系統(tǒng)專門出的保證方案，出完后地面要進行演練，演練后進行總結(jié)，哪個地方有問題要進行改進，我們是實況直播的，這是向全國人民展示我們空間站建設的一些詳細成果的，所以實況直播對我們的壓力也是非常大的。
許多收看實時直播的觀眾驚喜地發(fā)現(xiàn)，在此次太空授課中，聲音與畫面不但毫無卡頓，而且相較以往還更清晰了。傳道授業(yè)“天上來”，這場長時間的天地“視頻通話”，又是怎樣實現(xiàn)的呢？
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：我們建立了天地之間的高速傳輸通道，也就是叫做天地一體化網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。
完成這場太空授課，需要空間站、天鏈中繼衛(wèi)星和地面站三者共同參與。距地面約4萬公里處，由天鏈一號03星、04星，天鏈二號01星組成的天基測控網(wǎng)就像一個“太空基站”，將核心艙和地面站連接起來，建立起一條天地“高速公路”。
記者：自主創(chuàng)新，修建天地高速公路這個過程，難不難？
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：難。從地面到中繼星，再到空間站，時延抖動還是比較大，不能說我就把地面的技術(shù)直接就搬，搬是不行的，圖像肯定卡來卡去，甚至一下就卡在那個地方，話音肯定是噼里啪啦斷，所以這個地方我們也采用了一些新的技術(shù)手段，叫做天地一體化的網(wǎng)絡技術(shù)，增加了一些傳輸防擁堵塞、半滿發(fā)送、自適應流量控制這些技術(shù)，搭建相應的一些實驗平臺，進行反復相應試驗，反復論證，反復迭代，才達到我們現(xiàn)在的一些相應成果。
測控通信系統(tǒng)主要承擔著對火箭、航天器的飛行軌跡、姿態(tài)和工作狀態(tài)的測量、監(jiān)視與控制任務，提供與航天員進行視頻和語音通信的通道，是航天器從起飛至壽命結(jié)束過程中天地聯(lián)系的唯一手段。
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：我們是天地聯(lián)系的唯一通道，沒有測控系統(tǒng)，空間站現(xiàn)在整個狀況都是睜眼瞎，你什么都不知道。我可以舉一個非常簡單的例子，太空碎片、太空垃圾非常多，萬一有一個要接近，這個時候需要規(guī)避，測控系統(tǒng)斷了，指令上不去，碎片規(guī)避不了，撞了，航天員的生命、空間站的平臺各方面都會受到很大的影響。所以從這個角度上來講，測控通信系統(tǒng)是航天器的生命線，也是航天員的生命線。
就是這條生命線，隨時隨地掌握飛船的數(shù)據(jù)，獲取航天員的動態(tài)。2003年楊利偉搭乘神舟五號飛船進入太空時，也曾數(shù)次進行天地通話，但每次都有著很嚴格的時間窗口限制。至今，李國民還歷歷在目。
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：第一次載人，測控網(wǎng)覆蓋率只有不到30%，這種情況下你說能不擔心嗎？人命關(guān)天，在哪個測控站出現(xiàn)問題，都可能對航天員的生命會造成危險。所以心一直是懸著的，一直到楊利偉落地，心才放下。
在這種背景下，我國“天鏈一號”中繼衛(wèi)星系統(tǒng)工程正式立項。2008年至2012年，我國先后發(fā)射天鏈一號01至03星，使我國成為世界上第二個擁有對中、低軌航天器全球覆蓋能力的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國家。
2019年3月，天鏈二號01星成功發(fā)射，這是我國第二代地球同步軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的首發(fā)星。2021年，通過3顆中繼衛(wèi)星和核心艙的中繼天線，天地測控覆蓋率可達90%以上。現(xiàn)在，空間站三艙形成組合體后，測控覆蓋率已經(jīng)接近100%。如今我國已經(jīng)形成了陸、海、天基三位一體的測控網(wǎng)。
總臺央視記者 劉潔：“陸基”指的是地面建站，跟蹤弧段很短，主要是保證發(fā)射鏈和返回鏈的穩(wěn)定測量，像東風測控站這樣的地面站點一共有11個。“?；?rdquo;指的就是測量船，它可以對海洋區(qū)域進行機動測控。我們總共建造了從遠航1號到遠望7號一共7艘測量船，目前還有4條在用。測量船隊南下大西洋、印度洋、太平洋，多次參加載人航天任務。“天基”指的是中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，這就等于把地面站搬到了赤道上，一個地方站可以看到半個地球，測控覆蓋面相當大。從2008年發(fā)射第一顆中繼衛(wèi)星到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)射了8顆，至今，除了一代中繼第一顆衛(wèi)星現(xiàn)在已經(jīng)退役外，剩下的7顆都在用。在未來，中繼衛(wèi)星系統(tǒng)還會將發(fā)揮更大的作用。
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：我們整個測控系統(tǒng)，在國際上來講是達到了國際先進水平，其中有一些個別上的單項，例如我們現(xiàn)在整個地面站，現(xiàn)在可以做到整個沒有人操作、無人值守。飛控中心的定軌能力，特別是短弧定軌能力，已達到國際領(lǐng)先水平。
就在空間站在軌建造期間，神舟飛船返回軌跡跨度范圍發(fā)生了較大變化。在神舟十四號任務中，問天、夢天實驗艙相繼發(fā)射，并經(jīng)歷9種組合體構(gòu)型、5次交會對接、3次分離撤離和2次轉(zhuǎn)位任務，在軌飛行任務復雜程度成為歷次任務之最，技術(shù)狀態(tài)上的這些變化對測控通信系統(tǒng)也提出了更高的要求。
測控通信系統(tǒng)副總設計師 李國民：對測控系統(tǒng)都是第一次，夢天艙、問天艙都是13個小時交會對接，載人飛船和貨運飛船都是采用6.5小時，每一種交會對接對測控系統(tǒng)提出的要求都是不一樣的。我們在空間站建設中叫做寬波束的跟蹤技術(shù)方案，順利完美地完成了各種情況的交會對接。天舟五號采用的是兩個小時的快速交會對接，這是國際先進水平，非常值得紀念，因為貨運飛船兩小時開始交會對接，1小時57分31秒我們就完成了，在兩個小時之內(nèi)，這是世界上任何一個國家都沒有做到，只有我們中國做到了。
標簽： 測控通信 聯(lián)通天地
