中國電科：通聯(lián)天地

如果說火箭和飛船是幕前的英雄，那么中國電科負責(zé)的測控通信就是幕后的導(dǎo)演。離開了航天測控的飛船，就像那斷了線的風(fēng)箏

“天宮一號”里，航天員劉旺熟練地吹起了口琴。收起口琴，他向著面前的屏幕說著什么。原來，6月21日是他妻子的生日。劉旺正在跟他的妻子進行天地實時雙向視頻通話。

迢隔天地，“天宮一號”里的航天員是怎么實現(xiàn)跟親人私密通話的夢想呢？這就要靠中國電子科技集團公司通信系統(tǒng)的保障。

“通過我們研制的設(shè)備，可以實現(xiàn)視頻圖像的雙向傳遞，讓航天員和地面人員進行實時圖像交互。”中國電科高級工程師馬厚勇介紹說，飛船上的視頻信號傳輸下來，地面站的天線進行接收，再通過IP網(wǎng)傳輸?shù)街笓]中心，這樣地面指揮中心就能看到航天員的樣子了。地面指揮中心的視頻傳到飛船上，就是這個過程的逆向。

聽起來簡單的過程，實現(xiàn)起來并非易事。

數(shù)年前，“神舟七號”航天員翟志剛成功出艙，手舉五星紅旗向全國人民傳達問候時，全國人民都可以看到他，他卻無法看到北京飛控大廳的情況。“航天員如果長時間只能看到隊友，而看不到其他人，容易產(chǎn)生一些心理問題。”北京航天控制中心副總工程師李劍介紹說。

為解決這一問題，中國電科經(jīng)過多年艱苦攻關(guān)，建立了一套依靠中繼衛(wèi)星和地面工作站配合的全新天地通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了航天員雙向視頻的夢想。

馬厚勇介紹說，這樣一來，航天員在“天宮一號”內(nèi)進行操作實驗時，航天飛行控制中心的專家可以通過視頻對其進行指導(dǎo)。同時，實現(xiàn)雙向視頻傳遞，讓航天員看到飛行控制中心的情況，甚至能夠與親人們實現(xiàn)面對面交流通話，可以消除他們的寂寞感，讓航天事業(yè)更加人性化。

在此次“天宮一號”與“神舟九號”載人交會對接任務(wù)的八大系統(tǒng)中，中國電科是測控通信系統(tǒng)的主要力量。“所謂測控通信系統(tǒng)，就相當(dāng)于放風(fēng)箏時的風(fēng)箏線。”中國電科首席科學(xué)家馬林介紹說，航天測控控制著飛船的點火發(fā)射、飛船和火箭的分離、飛船的入軌、太陽帆板的展開、了解飛船運行情況、飛船的變軌、和宇航員通話、保證飛船安全落地等重要環(huán)節(jié)。“可以說，火箭和飛船是幕前的英雄，而測控就是那幕后的導(dǎo)演，離開了航天測控的飛船也就像那斷了線的風(fēng)箏。”

此外，中國電科還承擔(dān)了航天員系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、著陸場系統(tǒng)、飛船系統(tǒng)等大系統(tǒng)的裝備、元器件的研制和生產(chǎn)，共研制和生產(chǎn)了488個品種的產(chǎn)品，為圓滿完成“天宮一號”與“神舟九號”載人交會對接任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

漫天張密網(wǎng)

“酒泉雷達跟蹤正常！” “渭南雷達跟蹤正常！” “太原雷達跟蹤正常！” “青島雷達跟蹤正常”……

“神舟九號”發(fā)射升空后，從電視直播中，觀眾可以清晰聽到航天指控中心大廳里傳出類似的報告聲。他們報告的，就是中國電科雷達跟蹤監(jiān)測的結(jié)果。6月16日的電視直播顯示，執(zhí)行中國首次載人交會對接任務(wù)的“神舟九號”載人飛船，于18時37分發(fā)射升空后，立即被酒泉的雷達監(jiān)控站捕捉到，隨后位于陜西渭南、山西太原、山東青島的測控站，也相繼發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測著神九的飛行軌跡。

地球表面71%是海洋，只有29%是陸地，雖然陸地上建有十幾個地面監(jiān)測站，但為了在更廣闊的范圍、更長的時間里實現(xiàn)對“天宮一號”和“神舟九號”的測控，遠洋測量船是必不可少的。

對接任務(wù)要求地面天線對“神舟九號”和“天宮一號”實現(xiàn)精確、遠端控制，為此，中國電科在“遠望號”測量船上安裝了第三代衛(wèi)星通信天線設(shè)備。與以往只有一副天線不同，第三代天線設(shè)備包括3.8米口徑和7.3米口徑兩副天線，其中的7.3米直徑天線是目前國內(nèi)口徑最大的船載天線。

受地球曲率影響，每個地面站或測量船只有7分鐘左右的時間可以對飛船進行測控，即便所有的地面站和測量船測控時間加起來，也只能對飛船實現(xiàn)20%的測控率。在飛行的80%時間里，飛船都處于和地面失去聯(lián)系的狀態(tài)。為了能真正實現(xiàn)對飛船的全天候測控，中繼衛(wèi)星應(yīng)運而生。

中國電科高級工程師楊志國介紹說，憑借站得高的優(yōu)勢，兩顆中繼衛(wèi)星可以實現(xiàn)對飛船80%的測控率。中繼衛(wèi)星不能單獨工作，必須依靠相對應(yīng)的地面工作站進行數(shù)據(jù)傳輸，中國電子科技集團公司作為總體單位負責(zé)中國中繼衛(wèi)星地面站的建立、維護。

由此一來，中國電科憑借地面的測控站與天上的中繼衛(wèi)星的密切配合，用無形的電波為遠望號、北京航天指揮中心和“天宮一號”、“神舟九號”飛船間架起了一道空中橋梁。

十年煉神眼

交會對接，是此次“神舟九號”發(fā)射任務(wù)的核心環(huán)節(jié)。所謂交會對接，就是“天宮一號”在前邊飛，“神舟九號”從后邊追上去，然后兩者連接在一起。

在浩淼的太空中，“神舟九號”與“天宮一號”比兩粒微塵也大不了太多。更可怕的是，兩者的時速高達28000公里以上。一絲細微的偏差，也會讓“神舟九號”與“天宮一號”擦肩而過。因此，曾有專家比喻說，這就好比在幾百公里外拿一根線去穿針。

為了讓這個穿針的過程準(zhǔn)確無誤，科研人員想了不少辦法，僅雷達就設(shè)置了三種：二者相距百公里的時候，是航天科工集團研發(fā)的微波測量雷達捕獲目標(biāo)；當(dāng)距離縮短到50公里時，飛船上的無線電雷達也開始發(fā)揮作用；10公里以內(nèi)，由中國電科研發(fā)的激光雷達接棒，一直引導(dǎo)到二者相會。

中國電科總經(jīng)理熊群力介紹說：“在‘天宮一號’與‘神舟九號’交會對接中，激光雷達性能穩(wěn)定可靠、測量參數(shù)及時準(zhǔn)確，為交會對接任務(wù)的順利完成發(fā)揮了關(guān)鍵作用。”

然而，這份榮耀來得并不容易。為了這一成功，中國電科已期待了10年。

1998年，當(dāng)人們對激光雷達概念還比較陌生時，中國電科就抓住了激光在航天應(yīng)用領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢，自主研制了激光雷達原理樣機。2002年，該項目正式立項，經(jīng)過十余年反復(fù)實驗、修正，在“神舟八號”上得以正式應(yīng)用。

為了充分驗證這項技術(shù)，獲得比較接近太空環(huán)境的遠距離測試數(shù)據(jù)，這支年輕的團隊轉(zhuǎn)戰(zhàn)大江南北，足跡北至內(nèi)蒙古，西至青海，南到云南。10年間，走過6個省市，行程10萬余公里。而很多實驗，往往需要把一個技術(shù)拆開來做，這個城市做一個，得一個數(shù)據(jù)，那個城市再做一個。最后，把所有的數(shù)據(jù)匯總，得出一個整體鏈條。

出人意料的是，這個項目的核心團隊20多人的平均年齡只有30歲。剛滿30歲的劉果和封治華已是團隊的核心成員。劉果回憶說，有一次，在青海海拔4000多米高的山區(qū)，22個人冒著高原缺氧的危險，背著20多公斤的設(shè)備爬上無名山頭，用最短的時間架起實驗設(shè)備，換來了激光雷達威力實驗的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

據(jù)介紹，為“神舟十號”研發(fā)的激光雷達已經(jīng)交付。研發(fā)團隊將會總結(jié)今次神九和天宮的對接情況，對神十軟件再修正完善。

神九展新翼

“神舟九號”與“天宮一號”兩次交會對接過程中，我們可以很清楚地從電視直播里看到，與此前的神舟系列飛船一樣，“神舟九號”有一副寬闊的翅膀。那是一對太陽能帆板，肩負著為“神舟九號”飛船提供電力的重任。

從火箭發(fā)射點火后到神舟飛船和火箭分離，太陽能帆板展開前，飛船的電能由蓄電池提供；太陽電池陣展開后對日定向，開始將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽环矫嫣峁╋w船平臺電能，同時給蓄電池充電，滿足飛船在無太陽光區(qū)域即地球陰影區(qū)的電能需求。

與“神舟八號”相比，“神舟九號”不僅增加了對接機構(gòu)，而且搭載了三名航天員。飛船的返回艙、推進艙內(nèi)，也增加了不少新設(shè)備，大大增加了電力的消耗。為此，中國電科的科研人員開動腦筋，開發(fā)了一種名為三結(jié)砷化鎵的新型太陽電池。

中國電科為“神舟九號”飛船研制的三結(jié)砷化鎵太陽電池陣，平均光電轉(zhuǎn)換率為27.56%，光電轉(zhuǎn)化效率提高了50%以上。發(fā)電能力達到國際先進水平，和去年發(fā)射的“神舟八號”飛船所用的電池陣相比也提高了0.16%。

三結(jié)砷化鎵太陽電池陣不僅轉(zhuǎn)換效率高，而且抗輻射性能好。“神舟九號”飛船運行在320?340公里的近地球軌道，空間環(huán)境中的紫外線、電子、質(zhì)子等空間粒子都會對太陽電池陣產(chǎn)生影響，產(chǎn)生性能衰降。為確保太陽電池陣在任務(wù)期間的安全性、可靠性，滿足能量的需求，太陽電池的性能越高、抗輻射性能越好，在任務(wù)末期的性能衰減越小，從而可以在任務(wù)開始和結(jié)束時都能很好的滿足飛船的電能需求。

毫不夸張地說，“神舟九號”的太陽電池陣就是飛船的生命源泉，中國電科研制的高質(zhì)量高可靠的電源產(chǎn)品保障了它的生命能量。