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远望七号:身怀绝技的测控“新兵”

2016-11-14 11:14 来源:科技日报 操秀英 付毅飞

  11月9日下午,中国卫星海上测控部码头锣鼓喧天,我国新一代航天远洋测量船“远望七号”,完成神舟十一号飞行和长征五号运载火箭首飞海上测控任务后,顺利凯旋。

  今年7月,远望七号正式加入中国卫星海上测控部“远望号”测量船队。入列不到4个月时间内,这名“新兵”先后完成了天通一号卫星、天宫二号空间实验室、神舟十一号飞船以及长征五号火箭测控任务。

  记者了解到,这艘三万吨级的“大洋测控站”,装备了由中国电子科技集团公司研制的我国最新一代船载航天测控通信系统及测量雷达,实现了诸多技术突破,大大提升了测控精度和效率,使其成为担负我国航天远洋测控任务的重要力量。

  综合化、国产化、零保驾

  测控系统作为航天器在太空与地面联系的唯一纽带,既是航天飞行的“听诊器”,又是发送指令的“遥控器”,更是保障与航天员通话的“手机”,作用重大。

  作为我国航天测控的主要力量,中国电科编织了一条覆盖海陆空的测控通信网,并为远望七号配备了我国最新一代即第四代船载航天测控通信系统。该设备具备“综合化、国产化、零保驾”三大特点。

  航天测量船是一个复杂的“海上科学城”,不仅配备多个频段、多种体制、多台套的测控通信设备,且长期常年漂泊在海上,面临测控范围广、温度变化大、相对湿度高、气候条件恶劣的情况,如何对设备进行创新以获得更稳定的测控效果成为研发团队关注的重点。

  “此前,测量船上每套设备都各自独立,船上众多的操作手分布在多个机房分别对各套设备进行控制。各设备间不能复用,烟囱林立,效率低且不能满足多任务同时调配的需求。”中国电科副总工程师柴霖介绍。

  基于此,研发团队首次提出综合化的设计理念,利用大规模开关矩阵将诸多设备连成一体,实现了天线、信道、终端和监控系统交叉复用和全频段系统共用。这种方式既简化了设备量,又提高了设备的可用性、灵活性。

  面对海上高温高湿高盐雾、强雨强风强雷电的恶劣环境,对于任务执行的关键器件,只有掌握主动权,才可真正做到安全可控。中国电科首次实现了C频段高功率功放和S频段“1+1”高功率功放等全部关键设备的100%国产化,填补了国内空白,达到国际领先水平。“这两台功放是测量船执行大容量上注指令及远距离测控任务所必须的关重件,其国产化,可有效解决进口设备带来的一系列安全隐患。”柴霖说。

  船内空间狭仄、呼吸困难,给技术保驾人员开展任务带来巨大挑战。通过对以往几十年船载设备、沿海设备系统的数据梳理和借鉴国内外同类设备防护的新技术,研发团队最终确定了优秀工艺和远程技术支持两项法宝,进一步提高设备可靠性,用技术进步首次实现了“零保驾”。

  中国电科还利用先进的网络技术和卫星通信手段,实现对船的“远程监控、远程测量、远程诊断”。从地面控制中心就能对万里之遥的测量船上所有设备进行监控,实时评估每个部件的健康状况。若发现设备超出正常值,就向随船人员发出预警,提前做好维护检修,如遇到故障,利用专家案例库对故障做出诊断,将排故方案提供给随船人员。

  雷达能跟航天器“对话”

  此次也是中国电科研制的测量雷达首次承担火箭主动段外弹道轨迹测量任务。

  据中国电科测量雷达总师徐泳介绍,靠无线电波工作的雷达工作方式分为“反射式跟踪”和“应答式跟踪”两种。通俗地说,“反射式跟踪”就是“自问自答”:雷达发射无线电信号,遇到火箭后反射回地面,雷达对信号进行检测跟踪,获得火箭的位置和速度信息,帮助控制中心了解火箭的飞行轨迹。而“应答式跟踪”是“一问一答”:雷达发出信号,火箭接收到信号之后,又应答一个信号给地面雷达测控站,这个过程就像是雷达发问:“你在哪儿呢”,卫星(火箭)回答:“我在这儿呢”。

  这次参与远望七号执行任务的雷达就是通过“应答”方式对火箭进行精密跟踪,实时获得火箭的距离、方位、俯仰、速度等信息,同时接收遥测下行信号,实时解调火箭飞行遥测数据,判断火箭飞行状态。该雷达在测量任务中首次将距离增程和游标测距等技术应用到船载,进一步保证了雷达看得作用距离远,精度更准确。

  “遥测的准确性很大程度依赖于箭上设备正常运行,而雷达监测不管火箭是否正常运行,它都能‘看’到,对于上升段的探测将会更安全、更可靠。”徐泳说。据悉,该雷达遥测综合测量系统功能在国内同类设备中最强,能够利用“反射”方式进行精密跟踪,实现弹道测量的双重保障。

  由于海上没有卫星定位参考站及移动通讯网络,采用传统卫星导航定位只能获得米级定位精度。记者了解到,借助“中国精度”星基增强高精度定位设备,远望七号可实现全球任意位置定位的厘米级精度。

  记者从北京合众思壮科技股份有限公司了解到,该系统无需任何外部通讯链路,仅通过接受卫星信号,即可实现单机厘米级定位精度。这也成为远望七号的技术亮点之一。

  “远望”未来的中国航天

  远望7号船是由我国自主设计研制、具有国际先进水平的大型航天远洋测量船。它标志着我国航天远洋测控事业发展迎来新机遇新跨越,航天远洋测控能力实现了新提高新突破,对我国航天测控网建设具有重大意义。

  据了解,远望7号船于2012年9月20日批准立项,2014年10月10日在江南造船集团公司开工建造,历时18个月建成。这艘船长220多米、高40余米,满载排水量近3万吨,可抗12级台风,自给力100天,能在太平洋、印度洋、大西洋南北纬60度以内的海域执行任务,同时满足特定航道的航行要求。

  远望7号船由船舶通用平台和航天测控通信装备两大部分组成,集当今船舶建造、航天测控、航海气象、船舶动力等领域的最新技术于一身。

  远望7号船建设以航天发射任务需求为牵引,充分继承以往测量船建设使用经验,严格按照最新国际规范、公约要求,依据国标和行业标准,遵循“适用、可靠、先进、经济”的原则,采用了很多新技术、新工艺。

  远望7号船是首批按照安全返港要求进行设计的船舶,安全性能得到大幅提升;全新升级的测控系统将推动航天远洋测控能力实现新突破;动力系统的升级和舱室结构得到进一步优化;气调保鲜库、机械化码头装卸系统等使生活保障方面更加有力。

(责任编辑:王蔚)

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