對(duì)話天與地——詳解“天宮一號(hào)”測(cè)控與通信分系統(tǒng)
新華社北京９月３０日電（記者 王敏）“天宮一號(hào)”順利飛入太空預(yù)定軌道后，如何與地面保持聯(lián)系，如何與神舟飛船精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，如何了解航天員在太空的情況？據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院技術(shù)專家介紹，人們要想通過視頻、音頻了解距地面３５０公里的“天宮一號(hào)”的情況，就要靠測(cè)控與通信分系統(tǒng)了。
早在２００３年１０月１５日，航天英雄楊利偉乘坐我國(guó)自主研制的神舟五號(hào)飛船成功飛天時(shí)，通過測(cè)控與通信分系統(tǒng)的圖像與話音設(shè)備傳輸，億萬人民觀看到他在神舟飛船內(nèi)沉著冷靜地完成各種操作，聽到他清晰地報(bào)告在太空的感受。
在此后的數(shù)年里，測(cè)控與通信分系統(tǒng)不斷完善，在數(shù)次神舟飛船太空飛行過程中，人們可以通過此系統(tǒng)，借助安裝在飛船上的攝像機(jī)等設(shè)備，欣賞到從太空眺望地球的美景，聽到航天員與家人的對(duì)話，看到航天員在飛船內(nèi)的空翻表演……
“神舟七號(hào)”飛天后，人們目睹了航天員打開艙門，在太空中成功展開五星紅旗的全過程。在歷時(shí)半個(gè)小時(shí)的出艙活動(dòng)中，人們看到的電視畫面就是依靠遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船和多個(gè)地面站，接力式地收發(fā)信號(hào)，再傳回祖國(guó)實(shí)現(xiàn)的。
據(jù)了解，神舟飛船圍繞地球飛行時(shí)，一個(gè)地面站捕獲飛船的時(shí)間大約在六七分鐘時(shí)間。為了能讓太空傳輸下來的畫面、語音不間斷，地面站、測(cè)量船一個(gè)接一個(gè)地把信號(hào)接收下來。但即使這樣，包括借助國(guó)內(nèi)外測(cè)控站、多艘測(cè)量船，我國(guó)對(duì)飛船的測(cè)控覆蓋率也只有約１２％。
記者了解到，從“天宮一號(hào)”開始，在神舟七號(hào)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，這樣的接力格局被打破。要了解“天宮一號(hào)”的測(cè)控與通信分系統(tǒng)，必須理解一個(gè)新概念——中繼。
目前，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射了兩顆中繼衛(wèi)星，即天鏈一號(hào)０１星和天鏈一號(hào)０２星。中繼衛(wèi)星被稱為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，可為中低軌道衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)，提高各類衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力，能使資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳。一顆中繼衛(wèi)星可以連續(xù)跟蹤目標(biāo)飛行器５０多分鐘，實(shí)現(xiàn)約４０％的連續(xù)測(cè)控通信覆蓋。依托中繼衛(wèi)星及相關(guān)地面系統(tǒng)的支持，可提供遙測(cè)遙控、語音、圖像及其他數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，監(jiān)控追蹤“天宮一號(hào)”的各項(xiàng)活動(dòng)，保證其在軌正常運(yùn)行。
要想實(shí)現(xiàn)“天宮一號(hào)”與神舟飛船在太空的成功交會(huì)，必須進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)試與定位。中繼衛(wèi)星離地球約３６０００公里，而“天宮一號(hào)”要捕獲離它最遠(yuǎn)４００００多公里外的中繼衛(wèi)星，難度非常大。因此，在“天宮一號(hào)”的外側(cè)，可以看到一個(gè)“鍋狀”的反射面天線，直徑約１米，那就是中繼天線。通過中繼天線和配套設(shè)備，“天宮一號(hào)”可以捕獲并跟蹤中繼衛(wèi)星，在中繼衛(wèi)星的可視弧段通過中繼專用信道向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)；同時(shí)，又可通過中繼信道接收地面上傳的數(shù)據(jù)。
要完成交會(huì)對(duì)接任務(wù)，“天宮一號(hào)”測(cè)控與通信分系統(tǒng)還增加了空空通信和相對(duì)測(cè)量設(shè)備。在交會(huì)對(duì)接過程中，當(dāng)神舟飛船與“天宮一號(hào)”相距約１００公里時(shí)，建立空空通信鏈路，同時(shí)開始相對(duì)測(cè)量。“天宮一號(hào)”把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)送到飛船，配合飛船完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。與此同時(shí)，飛船上的空空通信設(shè)備與遙控設(shè)備建立接口，向“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器傳送指令。這樣就在太空中搭起了一座空中“橋梁”，確保交會(huì)對(duì)接任務(wù)能夠順利完成。
