大兵老師的神奇小屋
——航天器導航與控制（二）

文/王依兵 圖/麥芽哈哈

馬上就要期中考試了，同學們都開始了緊張的復習。周三下午放學后，值日生開始打掃衛生。壯壯正在寫數學作業，小菲正在寫語文作業。小天背起書包剛準備離開教室，突然，他好像想起了什么，回頭對壯壯和小菲說：“咱們是不是忘了去神奇小屋了？”壯壯抬起頭說：“是啊，差點兒忘了。”小菲說：“最近學習有點兒緊張，要不咱們考完試再去吧。”小天卻說：“那也行，不過咱們得去告訴大兵老師一聲，不然他說不定會等到天黑呢。”三人達成共識，一起來到實驗樓一層的盡頭，誰知迎面又碰到一個新謎題。

新的挑戰

墻壁上投射出一些奇怪的文字。小天喊道：“我認出來了，這句話就是‘航天導航與控制多么奇妙’！”

小菲說：“這大家都能看出來，但是這些字都缺少一些筆畫啊。”

小天說：“那么也就是說，這些缺少的筆畫應該有某種規律或含義吧？”

小菲答道：“對，我們把缺少的筆畫整理出來。”說完小菲從書包里取出筆和紙，把每個字缺少的筆畫寫了出來。

壯壯看著這些筆畫說：“這也看不出什么規律啊。不過這些字被分成了四組，應該是對應著四個字母或者數字之類的東西吧。”

小天指著墻上投影出的密碼按鍵說：“應該是四個數字，這個只能輸入數字。”

于是三個人又陷入了沉思。小天喃喃自語道：“這缺的基本是點和橫，‘制’字的立刀旁里缺的也可以理解為點吧，點和橫轉變成數字有什么方法呢？對！莫爾斯電碼！”說完他又拿出一個本子看了一下，堅定地走上前去，在密碼輸入鍵盤上按下了：2324。嘀的一聲，神奇小屋的大門打開了。

小菲問：“什么是莫爾斯電碼啊？”

小天耐心地回答道：“這是我前幾天在網上看到的，其實它就是一種電報編碼，發射方可以把字母或數字按規則編輯成長音‘嗒’（寫成‘橫’）和短音‘嘀’（寫成‘點’）的組合，然后通過有線或無線的方式發射出去；接收方接收到這些信號，再還原成字母或數字，連成完整的語句。這就是電報的原理。當時覺得很有意思，就把它們記在本子上了，沒想到今天還真派上用場了。比如前面‘航天導’三個字，缺少的是‘點點橫橫橫’，那么它對應的數字正好就是2，后面也是一樣的道理。”

壯壯說：“這次你可立大功了！”

小天興奮地說：“我現在很厲害的，請叫我‘孤勇者’！”

小菲撇撇嘴說：“你可別唱了啊，今天你都唱了一百遍了……”

握手游戲

大兵老師看到三人進來，熱情地說：“歡迎大家再次來到神奇小屋！這次我們先來做個游戲吧。”

小天好奇地問：“什么游戲？”

大兵老師說：“小天你把眼睛閉上，然后慢慢走過來握我的手，不可以睜眼看。壯壯、小菲，你們可以用聲音幫助他。”

壯壯問：“怎么幫呢？”

大兵老師回答道：“壯壯負責指揮他前進的方向，小菲負責調整他身體的朝向。”

壯壯說：“我們成了游戲手柄的左搖桿和右搖桿了！”

大兵老師說：“可以這么理解。”

小天胸有成竹地說：“那沒問題，這個簡單！”說著他就閉上了眼睛，雙手向前伸著試探地向前走。可是他沒走出幾步就偏離了原來的路線，向著大兵老師的左邊走去。

壯壯著急地喊：“你往右走一點兒，太靠左了。對！對！就這樣，停！又偏右了，往左一點兒。”

在壯壯的指揮下，小天不斷調整著前進的方向，終于走到了大兵老師面前。大兵老師伸出右手等著他來握。

這時候小菲說話了：“你現在身體有點兒歪了，向左轉一點兒，好！手再低一點兒，對！”

經過一系列的指令，小天的右手終于握到了大兵老師的右手。

這時候大兵老師說：“好，現在你們順利完成了這個游戲，小天可以睜開眼睛了。大家有什么體會和感悟呢？”

小天睜開眼后，回頭望望自己走過的距離說：“挺有意思，我走了這么遠啊！”

壯壯說：“我好像明白了，這和航天器導航與控制的道理差不多。我負責的就是小天的‘軌道’，而小菲負責的是他的‘姿態’。”

大兵老師說：“就是這個意思，航天器在發射過程中，就需要實時掌握它的運行軌跡，保證它可以順利入軌。進入軌道后，由于各種干擾因素的存在，還需要監控它的運行軌道和姿態，隨時進行調整。在一些軌道機動過程中，更是需要精準地測控。剛才我們模擬的這個過程其實更像是兩個航天器的‘交會對接’，我作為‘目標飛行器’保持固定的飛行軌道和姿態不變，小天通過控制來與我對接。這個過程對控制的要求很高，不能有一分一毫的偏差。”

壯壯說：“我知道，現在我們國家已經完全掌握了交會對接技術，在空間站建設過程中，每次發射的神舟飛船和天舟貨運飛船都要與空間站對接。”

大兵老師接著說：“是啊，空間站與神舟飛船的對接，就需要一個航天器的制導、導航與控制系統，簡稱GNC（Guidance，Navigation，Control）。我國科學家研制的交會對接技術已經達到了世界先進水平。值得一提的是，為了對航天器進行精確的導航和控制，我們需要強大的‘航天測控網’，完整地說就是航天測量控制與數據采集網。它可以對航天器的飛行軌跡、姿態和各分系統的工作狀態進行跟蹤測量、監視與控制，用于保障航天器按照設計狀態飛行和工作，同時完成科學數據傳輸等預定任務。而對于載人航天器，它還能對航天員的生理狀態進行監測，完成航天員的語音通信和圖像傳輸等任務。那么，你們知道這張網是由哪些節點構成的嗎？”

◎◎北京航天飛行控制中心指揮大廳

壯壯說：“我在看火箭發射直播的時候，看到過北京航天飛行控制中心的畫面。”

大兵老師說：“對，航天飛行控制中心主要完成對航天器飛行任務的組織指揮、數據傳輸與處理、狀態監視和控制，是整個航天測控網的指揮核心。”

小菲說：“我在看火箭發射直播的時候，總是聽到‘光學、雷達跟蹤正常’‘遙測信號正常’這樣的播報，這是地面雷達站發出的吧？”

大兵老師回答道：“是的，為了一直監控航天器的飛行狀態，我們需要在地面上一直‘注視’著它，不斷測量它的位置。這就需要在地面上建立很多測控站。”

小天說：“明白了，這就像剛才壯壯和小菲一直看著我的前進路線一樣。沒有他們的幫助，我是沒有辦法成功握到大兵老師的手的。”

測控站

壯壯想了想說：“航天器飛出我國領土上空以后，我們還‘看得見’它嗎？”

大兵老師驚喜道：“這個問題問得好！我國除了在國內建立了測控站以外，在海外還有4個測控站，分別是卡拉奇站、納米比亞站、馬林迪站和智利站。而且，我們還有海洋上的移動測控船——遠望系列測控船，其中有3 艘已經退役，還有4 艘正在服役。這些測控站和測控船保證了我們的航天器在我國領土之外也能實現精確地測控。”

小天說：“哇！在大海上測控一定很酷吧？”

◎◎遠望3號測控船

大兵老師說：“是啊，我國從20 世紀70 年代開始建造的遠望系列測控船，在很多航天發射任務中都充當了非常重要的角色。這些測控船航行在碧波萬里的大洋之上，為航天器保駕護航。當然，海上的航天測控人也是非常辛苦的，每次出海都要長時間漂泊在大海上。所以大家在看火箭發射的時候可不要忘記，遠在萬里之遙的大海上還有很多航天測控人在默默奉獻！”

小菲感嘆道：“測控船上的叔叔阿姨真不容易啊。不過像小天這種人肯定上不了船，他坐車都會暈車，上了船準得吐得一塌糊涂。”

小天說：“嗨，提我干嗎……說不定我長大了就不暈了呢。”

大家聽了又笑了起來。

大兵老師接著說：“為了保證航天測控工作，我們還發射了中繼衛星和導航衛星，它們構成了這張網的天基部分。除此以外，這張航天測控網還包括資源調度中心和通信系統，它們協調各個節點的資源和運行情況，同時為數據傳輸提供保障。這些地上的、天上的、海上的系統共同承擔著航天器的導航與控制任務，一起織成一張巨大的網。”

大兵老師看了看神奇小屋墻壁上定時浮現的鐘表畫面說：“已經不早了，你們快期中考試了，抓緊回家復習吧。”

小菲說：“時間過得真快啊，我作業還沒寫完呢。”

小天突然一拍腦袋說：“哎？不對啊，我們不是來和大兵老師請假的嗎？”

三人相視而笑。