新型安全遙控技術的探究

孫斯亮　劉葉盛　于硯　張睿

摘要：我國航天領域發展迅速，使安全遙控的覆蓋范圍要求不斷擴大，利用地基實施安全遙控的覆蓋范圍的局限性日益突出。本文介紹了國內外安全遙控應用現狀，對依托中繼衛星系統提高安全遙控的覆蓋范圍，開展新型安全遙控技術進行了探究。

關鍵詞：新型安全遙控應用技術；中繼衛星；探究

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0066-02

火箭飛行試驗中，由于動力系統、姿態控制系統或制導系統工作不正常，會使火箭的發動機出現推力變大或箭體偏航、滾動，出現斷裂等嚴重故障。為了保證靶場及航區內廠礦企業、工程設施、軍事設施和人民生命財產的安全，以及不使故障火箭誤入他國領土或領海內，需要有一套安全控制系統，發出安全遙控指令控制火箭自毀。本文主要討論系統中安全遙控實施方式。

傳統設計中一般采用地面遙控技術，地面遙控是由地面站發送前向安全遙控指令，箭載安全遙控設備接收安全遙控指令并譯碼執行，其存在安全遙控覆蓋范圍小的局限性。近年來，我國飛行器發展迅速，安全遙控的覆蓋范圍需求不斷擴大，利用靶場安全遙控站實施安全遙控的局限性日益突出。因此，發展基于中繼衛星的箭載安全遙控技術已成為安全遙控系統未來發展的重要方向。

1 安全遙控現狀分析

1.1 國內情況

1.1.1 地基安全遙控

我國地面安全遙控是目前火箭實施安全控制的主要手段。安全遙控系統利用外測、遙測信息進行安全判斷，通過地面雷達站遙控發送指令，由箭載終端接收指令，實施炸毀任務。安全遙控系統是發射場的重要組成部分，其信息源包括遙測參數和外測參數兩部分。外測設備冗余較多包括單脈沖測量、連續波測試以及光學測量等信息源，結合遙測參數，經過綜合判別，得到高可靠性的判決結果，并基于安全遙控雷達站，直接發送安全遙控指令至箭載終端，從而完成安全遙控任務。

1.1.2 中繼衛星系統

中繼衛星系統利用同步衛星和地面終端站，可對各類中、低軌飛行器進行高覆蓋率測控和數據中繼，它具有跟蹤測軌和數據中繼兩個功能，是一種先進的天基測控系統。通過中繼衛星轉發技術可有效地解決靶場遠距離測控通信保障的技術難題，有效提高測控覆蓋范圍。單顆中繼衛星對低軌航天器的覆蓋率不低于50%，兩顆中繼衛星能基本覆蓋整個中、低軌道，如用3顆中繼衛星，則可以實現對200～12000千米高度范圍內所有航天器的連續跟蹤和數據通信。我國已發射的中繼衛星覆蓋范圍及功能全面，可支持多類用戶各種使用需求。

1.1.3 新型安全遙控技術的應用

通過各類中繼終端的不斷研究和應用，天基測控系統應用將會向更廣更深層次和多樣化方向發展。運載火箭通過加裝中繼用戶終端，可利用中繼衛星實現對火箭和衛星的大范圍測控，延長測控弧段，大大提高測控覆蓋率。運載火箭天基箭載終端設備包括天基測控設備以及上面級測控中繼單元等，目前國內基于中繼衛星系統的前向數據鏈路還僅限于遙測方面，尚無安全遙控方面技術成果與產品。

1.2 國外安全遙控

國外方面，安全遙控技術-天基安全遙控早在2003年已經開展了相關的研制驗證工作，并已取得了階段性成功。課題研究了基于NASA的跟蹤與中繼衛星系統（TDRSS）是否滿足獲取軌道跟蹤數據、處理安全遙控指令以及傳輸一些其他數據等靶場安全性方面的任務要求。目的是減少發射中心地基測控站布站需求，同時提高傳輸碼速率和發射系統的靈活性。

該研究經歷了以下三個階段：

第一階段：基于TDRSS系統的S頻段安全控制及數據傳輸系統，搭載于F-15B完成飛行試驗；

第二階段：對第一階段系統進行了改進與集成，并在此基礎上開發了Ku波段安全控制及數據傳輸系統，Ku波段系統也搭載于F-15B完成了飛行試驗；

第三階段：在之前的研究基礎上研發Ka頻段系統，并完成配套硬件設備小型化、輕量化設計。

在安全遙控信號體制方面，2000年起美國靶場司令委員會（Range Commander Council）安全小組（Range Safety Group）支持RS-38任務“增強型飛行終止系統（Enhanced Flignt Termination System）”研究，通過四個階段對地基安全遙控信號的各類體制進行了大量研究及評估分析，但相關體制是否適合中繼傳輸未見相關報道。

1.3 新型安全遙控技術要求分析

目前我國安全遙控全部由地基安全遙控實現，存在安全遙控覆蓋范圍小的局限性。近年來，一些新概念裝備不斷提出并實施，使安全遙控的覆蓋范圍需求不斷擴大，利用地基實施安全遙控的局限性日益突出。同時綜合國內外安全遙控現狀可以看出，我國與國外在安全遙控技術特別是天基安全遙控技術上存在一定差距，發展基于中繼衛星的箭載安全遙控技術已成為當下迫在眉睫的任務之一。

2 新型安全遙控技術的探究

2.1 總體技術

2.1.1 系統架構

從系統角度出發以現有地面站及中繼衛星系統為基礎的安全遙控系統架構主要為：箭載終端向中繼衛星發送安全遙控信息源，經過綜合判決，在需要執行安全遙控時，由中繼地面站發送指令給中繼衛星，中繼衛星將指令轉發至箭載終端，箭載終端解調、譯碼、執行，完成安全遙控任務。該方案提高了安全遙控的實時性和領過度，但必須建立反向鏈路，即由箭載終端發送安全遙控信息源等信息，該鏈路可采用經過驗證的天基遙測技術。

2.1.2 中繼頻段

安全遙控頻段可在中繼衛星系統的Ka頻段和S頻段中進行選擇，考慮到安全遙控接收的全向性，Ka頻段必須采用具備波速掃描功能的相控陣天線，其具有增益高、作用距離遠等優點，但成本高、體積大。S頻段常規天線易實現全向接收，成本低，但增益低、作用距離近。

2.1.3 系統鏈路與傳輸延時

系統鏈路分析主要計算飛行器在返回的各階段起點、終點等關鍵時刻的鏈路參數，特別是計算最遠距離時的最大衰減量，確保接收機信噪比在全過程滿足指標要求。

根據安全遙控信號流程，建立安全遙控延時仿真計算模型。經初步計算，傳輸延時時間為百毫秒級。

2.2 箭載終端

新型安全遙控頻段與現有地基頻段不會相同，對于箭載終端的實現，應采用兼容地基安全頻段的雙收模式，進行天地一體化設計。同時還應采用SIP（System in Package）封裝技術以實現小型化，最大程度地滿足各類安全遙控應用需求。

3 結語

新型安全遙控技術是我國航天安全遙控的發展趨勢。本文通過對國內外安全遙控技術對比以及國內需求分析，認識到我國發展新型安全遙控的必要性和迫切性。進一步探究新型安全遙控的系統架構、中繼頻段、加強系統鏈路、傳輸延時、箭載終端等方面研究，對于發展新型安全遙控技術有著積極的借鑒作用。

參考文獻

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