日前,嫦娥一號(hào)將第一批原始圖像數(shù)據(jù)傳回地面,約在本月26日我們就可以看到嫦娥一號(hào)拍攝的第一張?jiān)虑蛘掌?/strong>
北京航天飛行控制中心,工作人員緊張而有節(jié)奏地忙碌著。自從離開(kāi)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,嫦娥一號(hào)便離開(kāi)了我們的視線(xiàn),然而測(cè)控中心的工作人員始終與它保持著密切的聯(lián)系。就像風(fēng)箏一樣,不管“嫦娥”飛到哪里、走得多遠(yuǎn),始終有一根無(wú)形的線(xiàn)在掌控著它。
航天測(cè)控是一股神奇的力量,它引導(dǎo)著所有的航天器始終按照自己的軌道飛行,偶爾偏離軌道,也能很快“迷途知返”;一旦發(fā)生故障,還能得到及時(shí)搶救和精心照料;即使意外失控隕落,人們也能及早預(yù)知,防患于未然。
在嫦娥一號(hào)實(shí)施的整個(gè)過(guò)程中,測(cè)控系統(tǒng)像一張百密無(wú)疏的天網(wǎng),始終掌管著“嫦娥”的一舉一動(dòng)。許多人稱(chēng)之為“‘嫦娥’保護(hù)神”。
40萬(wàn)公里一線(xiàn)牽
要做好“嫦娥”的保護(hù)神可不是一件容易的事情。
測(cè)控系統(tǒng)是繞月探測(cè)工程的一個(gè)重要組成部分,負(fù)責(zé)長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射和嫦娥一號(hào)衛(wèi)星整個(gè)飛行任務(wù)期間的軌道測(cè)量、遙測(cè)監(jiān)視、遙控操作和飛行控制,以及嫦娥一號(hào)衛(wèi)星探測(cè)應(yīng)用期間任務(wù)計(jì)劃的實(shí)施與操作管理,并通過(guò)高精度的測(cè)定軌,為地面應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)的處理提供軌道數(shù)據(jù)保障。
這樣龐大的工程要在距離地球幾十萬(wàn)公里的繞月衛(wèi)星上完成,難度可想而知。繞月探測(cè)工程測(cè)控系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師董光亮告訴我們:“以往,我國(guó)的絕大部分衛(wèi)星距離地面在4.2萬(wàn)公里以?xún)?nèi),個(gè)別衛(wèi)星離地面最遠(yuǎn)距離也不過(guò)8萬(wàn)公里,屬于近程范圍。而在繞月探測(cè)工程中,嫦娥一號(hào)衛(wèi)星距離地面最遠(yuǎn)可達(dá)40萬(wàn)公里,這給現(xiàn)有的航天測(cè)控網(wǎng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)!
由于距離遙遠(yuǎn),許多問(wèn)題接踵而至。首要的問(wèn)題就是無(wú)線(xiàn)電波傳輸耗時(shí)巨大,而且無(wú)線(xiàn)電信號(hào)衰減非常大。董光亮說(shuō):“無(wú)線(xiàn)電波以每秒30萬(wàn)公里的光速傳播,測(cè)控信號(hào)需要1.35秒才能從地球到達(dá)月球,這對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)控來(lái)說(shuō)就顯得太慢了;另外,測(cè)控距離增加一倍,信號(hào)強(qiáng)度就只剩下四分之一。如何彌補(bǔ)遠(yuǎn)距離帶來(lái)的巨大衰減是測(cè)控通信面臨的又一個(gè)困難。巨大的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)衰減帶來(lái)的直接影響就是信息傳輸速率受到極大的限制,為滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離通信誤碼率的要求,必須降低通信信息的傳輸速率;另一方面,實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航非常困難。深空測(cè)控主要依靠傳統(tǒng)的多普勒測(cè)速和距離測(cè)量手段,隨著目標(biāo)距離的增大,角度測(cè)量誤差所引起的導(dǎo)航誤差也很大。”
早在試驗(yàn)階段,科研人員便發(fā)現(xiàn),由于實(shí)在太遠(yuǎn),天線(xiàn)根本無(wú)法接收到信號(hào)。中國(guó)繞月探測(cè)工程總指揮欒恩杰回憶說(shuō):“地面最高的衛(wèi)星是3.6萬(wàn)公里,但月球離地球38萬(wàn)公里,嫦娥一號(hào)的信號(hào)傳到地球時(shí)將會(huì)以百倍速度下降。當(dāng)時(shí)天線(xiàn)能量提高不了,地面就不能預(yù)演,工程進(jìn)行了一年多,實(shí)在做不下去了。”
最后解放軍總裝備部在青島和新疆喀什站分別建了兩個(gè)大天線(xiàn),直徑從12米加到18米!翱山邮盏男畔⒂嗔看罅艘稽c(diǎn),但到底行不行還是沒(méi)底。”欒恩杰說(shuō),“最后利用法國(guó)衛(wèi)星來(lái)檢測(cè),才發(fā)現(xiàn)測(cè)控能力可以完成對(duì)嫦娥一號(hào)的跟蹤和測(cè)量!
“為了應(yīng)對(duì)信號(hào)衰減問(wèn)題,我們研究制定了30多種傳輸、編碼方式,在滿(mǎn)足精度的情況下,盡量滿(mǎn)足速度。”北京航天指揮控制中心主任朱民才說(shuō),“為完成好這次任務(wù),中心制定了全套飛控實(shí)施方案,方案一共做了20多個(gè),加起來(lái)多達(dá)4800多頁(yè)!
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