中新网11月5日电 题:担当地月间联系的“信使”
特约记者 黄琦
“嫦娥”绕月,地面指挥,谁在之间当信使?
那就是星地射频信道。它建立了地月间的无线通道,担任了地月之间联系的“信使”,实现对卫星的测控和数据传输。
实际上,卫星测控数传分系统有这样两个射频信道,一个是利用全向天线的测控信道,是低速的上行数据通道和下行数据通道;另一个是利用定向天线的数传信道,是个高速的通道,支持大量数据下传。“信使”是怎样沟通地球和月球的呢?卫星上的测控数传分系统与地面测控站是“信使”来往的两个“码头”,承担着数据发送和接收的重要任务。例如,人们向卫星发射?匦藕,卫星接收到后,实现对卫星的控制;而语音数据、科学数据,则通过射频信道,发送到地面应用站,由地面接收,进行发布。
为“信使”搭上地月之桥。以前,在我国发射的卫星中,飞得最远的是双星探测计划中的两个极轨卫星,最远距离地球7万公里左右。而双星测控系统的测控能力设计在4万公里这个量级上。通信的难度与通信的距离密切相关。现在,嫦娥一号卫星飞离地球38万多公里,地面测控系统的支持能力远远达不到测控的需要,成为搭建这座桥梁的主要困难之一。
解决困难最直接、简单的方法就是对地面测控站进行改造。在国外,进行月球探测,包括深空探测,都是在地面建“大锅”——30米口径天线的大型测控站,有的天线口径甚至达到70米。而2004年探月工程立项时,我国最大的天线只为十几米,差距较大。
改造地面站耗时长,投资大。从立项时的情况来看,地面站改造进度与需求尚有差距。地面站的改造相对滞后,“搭桥”的困难压在卫星上。
为了实现38万多公里条件下的可靠测控和通信,在卫星、地面测控系统现有的基础上,星、地双方做了很多较大的适应性修改。从方案的构成上来说,嫦娥一号卫星测控分系统远比以前其他卫星复杂,在设计上采用了一系列新思路。
研制嫦娥一号卫星的天线是最主要的一道难关。航天科技集团公司504所集全所天线研究的中坚力量,经过一年的反复攻关,研制出测控全向天线,为远距离通信难题的最终解决打下了良好基础。测控数传分系统的工作状态受到卫星供配电的影响。当下行信道长时间满负荷运行时,产生的大量热量对卫星的热控又是一个巨大的考验。于是,下行信道设计得很特别,工作状态分了两档:当卫星飞至离地球较近的轨道时,只在功率较低的那档工作,这样既节省能源,又避免过度发热;而当远离地球时,才开足马力,满负荷运转。测控数传分系统方案的设计则巧妙的利用了半空间备份,原理巧妙,设备复杂,设计可靠。
同时,测控地面站也新建了两个18米的大天线,增强地面测控的能力。这两个“锅”一个设在青岛,另一个放在了喀什。
由于卫星离地面太远,地面测控系统现有的USB测控网还达不到定轨精度要求,因此,在卫星上还增加了VLBI(甚长基线干涉)辅助测轨设备。这是天文学上的一种观测手段,通过测量卫星与地面两站之间的夹角,从而精确测量卫星位置。我国还是第一次在卫星上使用该设备。类似的设备,日本的“月亮女神”卫星也有采用。VLBI观测由上海天文台抓总负责,在北京、上海、乌鲁木齐、昆明等地都设立了测量站。
这样,卫星和测控系统联手,在地月之间,搭起了一座沟通的桥梁。
奔走万里为“信使”铺路。在卫星测控数传分系统工作人员中,流传着这样一句话:“历时两个月,转战四万里”。
卫星测控数传分系统与地面接口多,这包括要与支持该任务的所有地面测控站、应用站进行接口对接、联试。2006年8月1日至9月30日,测控系统的队员们历时两个月,转战四万里,奔走于国内外,为“信使”建立沟通桥梁来进行星地对接试验。
他们的足迹遍布了卫星测控站,在北京、青岛、喀什、乌鲁木齐、昆明,位于江苏的远望一号、三号测控船,甚至国外站都有试验队员的身影。当时,远望三号测量船在上海某船厂维修,现场如同工地,到处是电缆,一不小心就绊个跟斗,队员们就带着安全帽在凌乱的工地上进行对接试验。在新疆,当时已是深秋,昼夜气温变化特大,白天非常热,穿着短袖,到了傍晚5点左右,队员们就开始“抢”军大衣了。晚上,伸手不见五指,队员们穿棉大衣都冻得瑟瑟发抖。晚上加班过后,车缓慢地行驶在崎岖的山路上。此时,工作了一天的队员们,看着天上的圆月亮,别有一番情趣在心头。
为了进一步提高测控的可靠性,2006年11月,队员们奔赴位于德国的欧洲空间操作中心的测控站进行对接试验。今年4月,他们又抵达位于南美智利的测控站进行对接试验。
对接试验设备装了满满的十几个大箱子,从机场搬至测控站,都是队员们自己动手,辛苦程度不言而喻。在室内试验,环境还算好,要是在室外,就很难熬了。2006年夏天,北京密云,夜里队员们在山上扎帐篷过夜。起来一看,帐篷成了蚊子、蜘蛛、壁虎等小动物的“安乐窝”,俨然是个“小型动物园”。
由于试验进度安排得一环扣一环,每天都必须完成当天的任务,完成不了就加班加点,对接试验忙到凌晨2点钟是很正常的事。