航天測控技術(shù)的發(fā)展趨勢與策略探究

劉策 曹磊

（首都航天機械公司，北京 100076）

0.引言

新中國成立之后，在蘇聯(lián)專家的援助下，國內(nèi)無數(shù)的研究員在不懈努力下從導(dǎo)彈測控系統(tǒng)開始逐漸發(fā)展起中國的運載火箭測控技術(shù)，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)形成了一套完善的技術(shù)體系，為中國載人航天事業(yè)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。回顧我國運載火箭體系的發(fā)展歷程，大致可以分為引進仿制、自主研發(fā)、提高發(fā)展3個階段。在不斷引進和研發(fā)過程中，我國已經(jīng)逐漸掌握了一批核心技術(shù)，體現(xiàn)了我國航天航空能力的持續(xù)提升。

1.航天測控技術(shù)概述

航天測控技術(shù)是指對航天飛行任務(wù)目標跟蹤測量和控制的綜合性技術(shù)，涵蓋了多個方面，涉及航天飛行器執(zhí)行任務(wù)的整個過程。該項技術(shù)主要通過通信網(wǎng)絡(luò)跟蹤航天器的運行狀態(tài)，同時實現(xiàn)地面與航天器之間的信息傳輸，并能夠完成遙控信號等多項任務(wù)，是航天事業(yè)能夠順利開展的基礎(chǔ)性技術(shù)。在長期的發(fā)展過程中，我國在測控技術(shù)方面有了明顯進步，目前我國已經(jīng)實現(xiàn)了高精度測量帶和測控網(wǎng)的融合與協(xié)作。同時，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)作為測控技術(shù)的核心，對于測控技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，一般把航天測控領(lǐng)域使用的信息網(wǎng)絡(luò)稱為測控網(wǎng)。

2.現(xiàn)階段航天測控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

回顧歷史，我國在1984年正式開始了測控網(wǎng)的發(fā)展歷程，初步建立了航天測控網(wǎng)，1987年，國家在西安建立了航天監(jiān)控中心。隨后，我國利用GPS/GLONASS發(fā)展了北斗導(dǎo)航體系，開始有了自己的導(dǎo)航系統(tǒng)。事實上，我國利用自有的測控網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成功發(fā)射了神舟系列載人飛船（見圖1）、天宮一號空間站、長征五號新一代運載火箭、天舟一號貨運飛船，并完成了神舟十號與天宮一號空間站的交會對接、“嫦娥三號”探測器對月球的探測、天舟一號與天宮二號空間實驗室的交會對接等。以上多項任務(wù)的完成，說明我國的航天航空事業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，并且發(fā)展態(tài)勢良好，同時與國外相比還存在著不少差距，有很大的提升空間。

圖1 神舟九號載人飛船

而我國最初的運載火箭測控技術(shù)是運用到近程導(dǎo)彈上的，當時在蘇聯(lián)的支持下我國引進了KT-50光學(xué)電影經(jīng)緯儀、CTK-1遙測等測量技術(shù)，填補了當時中國在航天測控方面的技術(shù)空白，為后續(xù)的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。[1]隨著中蘇關(guān)系的變化，我國不得不開始獨立自主的技術(shù)研發(fā)，中國的航天事業(yè)在艱難中不斷前進。最初只是對引用的設(shè)備進行改進，例如，成果實現(xiàn)PTC-6甲短波遙測系統(tǒng)的應(yīng)用，在技術(shù)不斷發(fā)展時走上了獨立研發(fā)的道路，最終形成了如今的運載火箭測控系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)的標準化程度正在不斷提高，發(fā)揮著越來越重要的作用。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

基于強大的實力和對未來行業(yè)發(fā)展方向的準確預(yù)測，美國最早開始發(fā)展航空事業(yè)。截至目前，美國的航天測控網(wǎng)仍然是全球規(guī)模最大、功能最為先進的網(wǎng)絡(luò)，掌握著多項核心技術(shù)，在行業(yè)內(nèi)占據(jù)了領(lǐng)先地位。美國的測控網(wǎng)建設(shè)歷史可以追溯到20世紀50年代，美國率先開始了對于航天器的監(jiān)測，力求更準確地控制航天器的運行狀態(tài)，更好地實現(xiàn)地面與航天器的溝通。美國最開始建設(shè)的測控網(wǎng)為地基網(wǎng)，前期投入大，后期還需要高昂的維護成本，且不能覆蓋所有的航天器，使用率較低，于是轉(zhuǎn)而投入天基網(wǎng)的研發(fā)，有效降低了測控網(wǎng)的建設(shè)成本，同時提高了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。此后，天基網(wǎng)成為測控網(wǎng)建設(shè)的主要方式。

之后，美國航天局與歐洲航天局聯(lián)合多國空間組織共同建設(shè)了一個國際性的標準化組織，CCSDS，空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)資訊委員會，為航天測控技術(shù)的發(fā)展建立了國際性標準。

3.航天測控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 優(yōu)化運載火箭測控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

目前，我國已經(jīng)形成較為成熟的北斗二號區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，覆蓋整個亞太區(qū)域，并不斷向全球布局努力，為運載火箭的發(fā)射提供了技術(shù)基礎(chǔ)。另外，鑒于天基測控技術(shù)的各項優(yōu)勢，我國不斷優(yōu)化測控技術(shù)，推動天基測控手段與地基測控系統(tǒng)的融合，為火箭的成功發(fā)射保駕護航。天基測控方面，我國將主要以GNSS為主要手段，著力提高測控的精準度，擴大測控技術(shù)的運用范圍；地基系統(tǒng)主要采用光學(xué)、雷達、遙測等手段，重點解決運載火箭發(fā)射初段中繼天線覆蓋受限，首區(qū)安全測量與控制問題。

3.2 推動新型測控體制的應(yīng)用

針對我國運載火箭發(fā)射存在的各種問題，應(yīng)當積極推動新型測控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使測控技術(shù)更加成熟。一方面，可以將多音組合編碼調(diào)頻安控體制運用到其他靶場中，拓展其使用范圍，同時也能實現(xiàn)火箭發(fā)射場的設(shè)備更新?lián)Q代。目前，多音組合編碼調(diào)頻體制已經(jīng)確定會融入海南發(fā)射基地的建設(shè)，未來，太原發(fā)射場也將使用該項技術(shù)，以便提高火箭發(fā)射時的抗干擾能力，增強發(fā)射的安全性，有利于我國航天技術(shù)的持續(xù)健康發(fā)展。[2]另一方面，還應(yīng)當大力推廣中繼測控技術(shù)的使用，將其運用當運載火箭監(jiān)控方面，助力于運載火箭測控體系的改革。

3.3 在航天測控網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立空間信息資源應(yīng)用管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

航天事業(yè)的研發(fā)投入是巨大的，不可能在短時間內(nèi)實現(xiàn)各領(lǐng)域的同步發(fā)展。而我國的各類測控系統(tǒng)還存在著較為分散的問題，無法實現(xiàn)資源的優(yōu)化整合，整個航天系統(tǒng)還沒有得到更為充分地利用。因此，相關(guān)部門應(yīng)當在現(xiàn)有航天測控網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立空間信息資源應(yīng)用管理網(wǎng)絡(luò)（見圖2），實現(xiàn)各類測控系統(tǒng)信息的整合和分享，從而實現(xiàn)航天系統(tǒng)的高效利用，讓其更好地為我國的航天航空事業(yè)服務(wù)，有助于我國的國防建設(shè)，推動經(jīng)濟社會的進一步發(fā)展。

圖2 一種任務(wù)驅(qū)動的可重構(gòu)空間信息網(wǎng)絡(luò)資源管理架構(gòu)及方法與流程

3.4 建設(shè)和完善空間目標監(jiān)視系統(tǒng)

空間目標監(jiān)視系統(tǒng)是航天測控網(wǎng)的輔助系統(tǒng)，可以在其監(jiān)控航天器的運行時提供一些必要的信息，如軌道參數(shù)、輻射特征和形態(tài)特征評估等。我國應(yīng)積極推動空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的建設(shè)，將其與人衛(wèi)觀測系統(tǒng)相結(jié)合，兩者相輔相成，提高測控網(wǎng)的精準度，并能夠及時應(yīng)對突發(fā)狀況。[3]

4.結(jié)論與展望

測控技術(shù)對于我國航天航空事業(yè)的深入發(fā)展具有極為重要的意義，我國應(yīng)從各個方面推動測控技術(shù)的發(fā)展，有助于航天飛行器測軌、導(dǎo)彈測彈道等細分領(lǐng)域的發(fā)展，實現(xiàn)中國航天事業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。