測控系統：地月飛虹鋪通途

□ 本刊記者 郝 哲

在此次“嫦娥二號”飛天奔月的過程中，如何確保正確的飛行軌道，順利開展科學探測任務？一旦遇到問題和風險，工作人員如何能夠及時作出補救和修正？換句話說，”嫦娥二號”飛向太空的過程中，我們如何對其進行觀測和控制？這一重任落在了測控系統的肩頭。

我們都知道，地球與月球間的平均距離為38萬公里，這么遙遠的距離，信號傳輸的衰減會非常嚴重，而且通信單程的延時大大增加，要實現實時通信非常困難；加之地球自轉的影響，我們無法對探月衛星進行連續不間斷的觀測。面對這些問題，如何確保及時準確地了解探月衛星的狀態并作出指令？這對我國的探月測控系統提出了挑戰，測控系統也曾一度成為制約工程發展的瓶頸。針對這一問題，我國航天專家經過充分論證，提出在采用我國航天測控網的基礎上，充分利用上海天文臺佘山站、國家天文臺密云站和云南天文臺的甚長基線干涉天文測量網（VLBI系統）輔助測量，加之與歐空局開展國際聯網合作，以提高測量精度和覆蓋面，進而達到滿足我國探月工程的測控要求。通過運用這一方法，”嫦娥一號”探月過程中的測控任務圓滿完成，為我國后續的探月之旅積累了寶貴的經驗。

此次”嫦娥二號”飛行的測控系統與”嫦娥一號”任務時大致相同。主要由我國的航天測控網和VLBI測軌分系統組成，輔以國際聯網測控站。主要參與單位包括西昌衛星發射中心、北京航天飛行控制中心、西安衛星測控中心、喀什站、青島站、遠望號航天測量船和中科院上海天文臺等，與此同時，還與歐空局積極開展國際測控聯網方面的合作。

在此次”嫦娥二號”任務中，測控系統承擔的主要任務是:完成火箭發射、衛星奔月和在軌工作等全壽命的測控任務，并支持衛星系統開展相關技術試驗。為此，全系統認真部署，積極準備，確立了“跟蹤完整、測量準確、指令無誤”的工作目標。

成立于1996年的北京航天飛行控制中心，是我國載人航天工程和月球探測工程的飛行控制中心，主要負責指揮調度、控制計算、數據處理、信息交換和飛行器長期管理。自組建以來，圓滿完成了”神舟一號”、”神舟二號”、”神舟三號”、”神舟四號”四次無人飛行和”神舟五號”、”神舟六號”、”神舟七號”三次載人航天飛行控制任務以及我國首次月球探測工程飛行控制任務。

北京航天飛行控制中心堅持走自主創新之路，成功研制了以載人航天飛行控制軟件為核心的一系列大型軟件系統工程；高質量地建成了以高速數據處理網絡環境為代表的多個硬件系統，從而使北京航天飛行控制中心在較短的時間內，發展成為一個功能豐富、反應快捷、運算精確、可靠性高的現代化飛控中心。針對我國首次月球探測工程，中心在載人航天工程成功經驗的基礎上，又成功突破了地月轉移軌道控制技術，月球衛星精密定軌技術，大時延多模態下飛行狀態判斷與控制和多體制聯合測控等一系列關鍵技術難題。產生了一批具有自主知識產權的科研成果。

在此次”嫦娥二號”任務中，北京航天指揮控制中心擔負著衛星飛行任務期間的飛控計劃制定與實施、衛星狀態監視與控制、軌道確定與控制，完成各項在軌試驗和長期管理工作，組織協調各系統開展飛行控制工作。為了確保衛星測控工作萬無一失，精準無誤，中心針對”嫦娥二號”任務多項技術變化和變軌控制過程復雜，精度標定難，任務關鍵弧段多、延續時間長，操作風險大，組織指揮關系協調面廣等難點，大力攻關，科學統籌，實現了一系列創新和突破：一是直接地月轉移軌道中途修正控制技術；二是月球軌道捕獲控制技術；三是試驗軌道段非完全可視弧段升降軌控制技術；四是定向天線精控技術；五是衛星最優停旋控制技術；六是S/X雙頻段協同控制技術；七是降軌應急控制技術。

此外，在此次”嫦娥二號”任務中，上海天文臺的VLBI分系統也是測控系統的重要組成部分。VLBI測控系統利用現有統一S頻段測控網并輔以中國科學院VLBI測量系統的測角信息，完成”嫦娥二號”衛星的軌道測量任務。VLBI分系統作為探月工程測控系統的一個重要組成部分。

VLBI分系統由4個VLBI觀測站（上海站、密云站、昆明站、南山站）和VLBI中心組成。VLBI分系統按國內準實時模式工作時，各觀測站的觀測結果經通信網絡實時送到位于上海天文臺的VLBI中心進行數據實時處理。在非實時模式工作時，各個觀測站將觀測數據記錄在磁盤上，事后送VLBI中心作非實時數據處理。