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顾名思义就是测量与控制,  测控通信系统是

2019-11-29 00:15

提起“测控”,大家可能感到陌生——我们生活中很少提及它。其实“测控”渗透在日常生活、医学诊断、工业制造、环境保护、文物保护、海洋探测等方方面面。测控,顾名思义就是测量与控制,就是对信息进行采集、测量、存储、传输、处理以及控制,包括测量技术、控制技术,以及实现这些技术的仪器仪表及系统。

当今,仪器仪表与测量控制发展的趋势是:面对产品的稳定性、可靠性和适应性要求不断提高;技术指标和功能不断提高;最先采用新的科学研究成果;高新技术大量采用;仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显;要求仪器及测控单元可独立使用、嵌入式使用和联网使用;仪器测控范围向立体化、全球化扩展;测控功能向系统化、网络化发展;便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。

  李筱梅 李华泽 本报记者 柴永忠

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技术特点是:综合各种新技术,在研究仪器仪表相关类型传感器、元器件和材料及技术的基础上,创新开发新的微弱信号敏感、传感、检测、融合技术,物质原子、分子级检测技术,复杂组成样品的联用分析技术,生命科学的原位、在位、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性玻璃管液位计检测技术,创建各类新型检测仪器仪表;结合系统论、控制论的发展,在开发工业自动化测控的在线分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高适应性等技术的基础上,创新发展工业自动化仪表与控制系统;结合生命科学、人体科学的发展,在开发医疗诊治的健康状况监测、早期诊治、无损诊断、无创和低创直视诊疗、精确定位治疗技术的基础上发展医疗仪器;同时跟踪新学科领域和各类应用领域的发展,开发各种专用、快捷、自动化检测和计量技术及专用仪器仪表。

  测控通信系统是航天活动中不可或缺的一环,犹如看不见的“风筝线”,神舟七号飞船的测控通信系统与以往有何不同?如何保障航天员出舱行走?怎样解决伴飞卫星的测控难题?

当今仪器仪表与测量控制发展的趋势是:面对产品的稳定性、可靠性和适应性要求不断提高;技术指标和功能不断提高;最先采用新的科学研究成果;高新技术大量采用;仪器及测控单元微小型化、智能化日趋明显;要求仪器及测控单元可独立使用、嵌入式远传磁性液位计使用和联网使用;仪器测控范围向立体化、全球化扩展;测控功能向系统化、网络化发展;便携式、手持式以至个性化仪器大量发展。

  带着这些疑问,“神七”飞天前,我们采访了承担此次飞船测控通信系统总体设计的北京跟踪与通信技术研究所,在专家的条分缕析下,一个个疑团被慢慢解开。

自动化仪表与控制系统和科学仪器,在产值和市场两个方面都占据着仪器仪表与测量控制总体的一半,是仪器仪表与测量控制体系的两大支柱。

  测控:沟通天地的桥梁

  在航天活动中,航天器进入太空后,测控通信系统就成为航天器与地面保持联系的唯一通道,如果这个系统不能保持正常运行,航天器就等于人类往太空里扔的一个垃圾。在我国的载人航天工程中,承担测控通信系统总体设计的北京跟踪与通信技术研究所,通过建设航天测控网为神舟飞船架起了天地之间的沟通桥梁。

  测控通信系统在航天任务中有两大基本作用:测量与控制。测量的主要目的是要了解航天器在空间的位置以及工作状况。控制的主要目的有两个,一是控制航天器的运行轨迹;二是让航天器做人们事先设定好的一些工作。

  对于载人航天工程而言,除了上面两个基本功能之外,测控通信系统还有一个更加重要的任务:飞船上有航天员,天地之间必须保持顺畅的通信联系。航天员和地面保持通话,这在测控通信系统中叫天地话音,在飞船飞行过程中,让航天员与地面指挥中心及相关的科研人员保持话音上的沟通联络至关重要。

  设备:完善升级严阵以待

  神舟七号飞船任务的测控通信保障与以往有哪些不同?

  要满足多人多天的测控通信保障,至少是3人3天,如果出现异常情况,也有可能推到4至5天;

  要保证航天员在出舱活动的30多分钟的时间里连续畅通的测控通信;

  中继卫星系统“天链一号”卫星第一次在神舟任务中运用,需要进行大量的测试、联调工作;

  保障伴飞卫星的测控通信,伴飞卫星的绕飞控制在我国是第一次。

  为了实现以上的任务要求,在3年的时间里,北京跟踪与通信技术研究所的总体设计人员进行了艰苦细致的准备工作。

  神舟七号飞船的测控通信超过了之前的任何一次航天任务,“老中青”3代5艘远洋测量船在两大洋严阵以待。国内5个固定测控站参加此次任务,2个活动测控站,位于主着陆场的活动测控站将首次为测控通信系统提供支持,承担伴飞卫星的测控通信任务。国外的测控站则在“神五”、“神六”时使用3个站的基础上,增加了1个站。

  参加测控任务的3个中心的设备技术已完成更新换代,除对一些光学、雷达设备进行技术改造外,对东风、西安和北京3个中心也做了大量改进,尤其是北京中心,进行了计算机系统软硬件的全面升级。东风中心的支线系统进行了换代,西安中心在前期其他卫星任务中也做了相应改造。

  挑战:两大核心难题

  神舟七号飞船任务与“神五”、“神六”相比有两大显著不同点:

  一是航天员出舱行走;二是释放伴飞卫星。

  这两点既是此次飞行任务的亮点,同时,也是测控通信保障的难点。

  在以前的航天任务中,测量通信偶尔有些间断对整个任务不会产生致命影响,但这次航天员出舱时,必须坚决保证测量控制和通信实时畅通。

  载人航天工程总体对测控通信系统提出的要求是要保证对神舟七号飞船测控通信弧段覆盖,以确保航天员在出舱前的准备阶段、实施阶段和返回阶段能够跟地面和飞船之间保持畅通的通信联络。

  为了保证通信覆盖,此次载人航天任务动用了5条远洋测量船,国外4个站,国内7个站,前后衔接,顺次接力才实现这个目标。

  在神舟七号任务中将要释放一颗伴飞小卫星,能否成功测控这颗小卫星对于我国将来发展空间站和空间试验室技术具有非常重要的意义。这是因为要建设在空间长期驻留的航天设施,就涉及诊断、维修和维护等一系列问题,释放小卫星围绕空间站飞行,可以用星上的成像设备拍摄它外部的细节,供地面指挥中心对航天器进行诊断。

  就技术层面而言,要保证伴星、飞船以及留轨舱相互之间不发生碰撞,必须精确地完成对它们飞行轨道的测量与控制,这就牵涉到多目标测控的课题。多目标测控在我国载人航天任务中是首次遇到,尤其困难的是此次留轨舱改成气闸舱后上面没有安装应答机等合作目标,只能采用非合作方式进行测量。经过两年的刻苦攻关,科技人员通过利用我国的光电望远镜、反射式脉冲雷达共同解决了非合作方式的测量难题,实现了多目标的测量控制和管理。

  在神舟七号任务的测控通信中,我国的“天链一号”中继卫星首次参加,标志着我国真正走出了天地基一体化测控通信系统发展道路的第一步。与单纯的地基测控通信系统相比,天基测控系统的优势是几乎不受地球曲率的影响,一颗地球同步轨道卫星就可以覆盖三分之一的地球面积,比远洋船和测控站覆盖的范围要大得多。虽然此次中继卫星参加测控任务属于试验性质,但意义却十分重大。

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