飞船上天 为什么要进行海上测控——访中国卫星海上测控部总工程师张忠华

第12版(教科文专页)
专栏：

飞船上天 为什么要进行海上测控
——访中国卫星海上测控部总工程师张忠华
本报记者 赵亚辉
　　对于上天的飞船来说，浩瀚的大海和它有什么联系？为什么要不远万里、耗费巨资同时前往三大洋进行海上测控？为此，记者在跟随“远望三号”航天测量船前往大西洋海域执行任务的途中，采访了中国卫星海上测控部总工程师张忠华。
　　为何在三大洋上同时测控
　　记者：在这次“神舟”五号载人飞船发射、运行和返回过程中，陆地和海上共有多少个测控点？分布在什么地方？
　　张忠华：在整个飞行试验过程中，共有近20个测控点。其中，4艘“远望号”航天测量船分别位于三大洋上，“远望一号”在日本海，“远望二号”在南太平洋上，“远望三号”在南大西洋上，“远望四号”在印度洋上。国内则有10余个各种测控站，分布在新疆、甘肃、内蒙古、陕西、山东、福建等地。
　　记者：中国的4艘“远望号”航天测量船为何要在三大洋同时进行海上测控？
　　张忠华：世界上第一枚近程运载火箭发射时，其射程仅为几百公里，一部雷达就可完成对它的全程跟踪测量。随着航天技术的发展，远程运载火箭及卫星相继问世，它们飞行时间长、航程远。我们知道，地球是一个赤道半径约为6378公里的椭球体，一个离地球300公里的航天器，绕地球飞行一圈的航程为4万多公里，而由于受到地球曲率的影响，地面上一个测控站一次仅能跟踪4000多公里的航程。我国国土面积有限，本土测控站已经不能满足对这些航天器跟踪测量的需要，尤其是在远地点对航天器进行控制时，航天器往往处在地球的另一面，这就需要建立国土以外的测控站。地球表面约70％的面积为海洋，在陆地建站，除同步定点卫星以外只能跟踪航天器航程的一小部分。为满足对航天器跟踪、测控的需要，综合考虑上述因素和政治因素，人们自然想到了在海洋上对航天器进行跟踪测量，航天测量船就应运而生。
　　你这里所说的测控是航天器测量、控制与通信的简称，有时也简称为测控通信。测量包括外测和遥测，我们通过外测来确定航天器的空间位置，通过遥测来了解航天器的内部工作状态；遥控是指航天测量船或地面测控站对航天器的控制，通过向航天器发送各种遥控指令和注入数据来控制航天器的飞行和返回；通信是特指地面与航天员的双向话音通信和飞船电视图像的接收。
　　“远望号”航天测量船作为我国的海上活动测控站，它具有综合测控能力强、机动性高、自主性好、使用灵活的特点。我们根据“神舟”五号飞船关键弧段的测控要求和测控通信覆盖的要求，机动地在三大洋布阵，能够发挥其最大的使用效益。
　　远洋测量船的使命
　　记者：在“神舟”五号飞行任务中测量船承担的任务有哪些？
　　张忠华：在“神舟”五号飞行过程中，4艘远洋测量船均对飞船进行跟踪测轨、遥测、遥控、天地话音通信、接收飞船电视图像等任务，其测控通信时间占整个运行段的50％以上。
　　“远望一号”船承担了飞船入轨后轨道测量、遥测监视飞船状态、太阳能帆板展开控制等重要任务；“远望二号”船承担飞船入轨后数据注入和变轨控制等重要任务；“远望三号”船承担了飞船返回调姿与制动控制等关键控制任务；“远望四号”船用于弥补测控盲圈。
　　记者：为什么除了“远望一号”布在北半球外，其他3艘测量船都布在南半球？
　　张忠华：测量船的位置是由其承担的任务决定的。
　　“神舟”五号飞船在太空运行的轨道并不像同步地球卫星那样是在赤道上空，它的轨道面和地球的赤道面之间有一个夹角，这个夹角叫作轨道倾角。“神舟”五号飞船的轨道倾角为43度左右，这就是说，飞船在环绕地球飞行时，是在南北纬40多度之间的上空运行。要对飞船进行测控，就必须能够观测到飞船，如果测控站点全部在北半球，南半球就成为盲区。
　　我国的陆上测控站全部分布在北半球，要完成飞船在南半球的跟踪测控任务，除了在南半球建立陆上测控站，剩下来的唯一选择就是让“远望号”航天测量船在南半球的指定海域执行飞船的测控任务。
　　更重要的是，“神舟”五号飞船飞行轨道的一些需要地面监视和控制的特征点，如变轨点和返回制动点都在南半球，所以有3艘测量船分布在南半球。
　　海上测控能否实现每圈测控
　　记者：据您的介绍，海上测控和陆上测控的有机结合，构成了一个无形的网，控制着飞船的飞行。那么，我国的4艘航天测量船是否能够实现在飞船运行过程中每圈都有跟踪测控？
　　张忠华：基本上能够实现每圈都有跟踪测控。“神舟”五号载人飞船一天绕地球飞行约14圈，除有一圈外其余每圈都有一至两艘船对其进行跟踪、测控和通信：“远望一号”船是3圈，“远望二号”船是6圈，“远望四号”船也是6圈，我们所在的“远望三号”船是3圈。它们和陆上测控站一起，实现了对“神舟”五号飞船每圈有1到5个测控通信弧段、关键弧段连续测控的需求，使“神舟”五号飞船按预定的计划顺利地完成飞行任务。
　　记者：海上测控和陆上测控相比有哪些主要区别？
　　张忠华：与陆上测控站相比，航天测量船突出的特点有三：
　　一是可以在动态条件下对飞船进行测控和通信，航天测量船增加了船位、船摇和船体变形精确测量设备；船载设备在捕获、跟踪目标时要克服船摇的影响；在数据处理中，也附加了大量的船摇与船体变形数据的滤波、预报及其修正。
　　二是航天测量船的许多大型测控通信天线密集在上甲板上，电磁环境的复杂性要求在航天测量船的船舶设计与建造、测控通信设备的总体设计与研制中，要很好地处理好电磁兼容问题。
　　三是测量船长时间远航到三大洋预定海域执行任务，天气海况复杂，测控通信设备的工作环境恶劣，完成任务的安全性和设备可靠性要求高，工程技术人员的业务技术要过硬。