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航天测量:伸向太空的触角

编辑:Nahan 时间:2013-10-18 16:10:45 浏览:142 



  遍布各地的航天测控站 

  航天测控是直接对航天器(包括运载火箭)实施跟踪测量和控制的设施,是航 天测控网的基本组成部分。其任务是测量航天器的运动参数、接收解调航天器的 遥测信息、向航天器发送遥控指令  
和与航天器通信。航天测控站通常由跟踪测量 设备、遥测设备、遥控设备、计算机、通信设备、监控显示设备和时间统一设备 组成。随着无线电电子技术的发展,测控设备也在不断发展,独立的跟踪测量设 备、遥测设备和遥控设备已逐步被共用一路载波信道的统一测控系统所代替。由 于数据处理和控制指令生成主要由航天控制中心完成,故航天测控站的计算机以 小型或微型计算机为主,履行数据录取、信息交换和测控设备的自动化监控等任 务。 

  航天测控站分为固定站和机动站。机动站包括陆上机动站(如汽车机动站和集 装箱式机动站)、航天测量船和测量飞机。航天测控站的数量、功能和布局取决于 航天器的轨道及其对测控系统的要求。为保证对航天器轨道的有效覆盖并获得足 够的测量精度,通常利用在地理上合理分布的若干航天测控站组成航天测控网。 航天测控站站址选择的主要要求是:遮蔽角小,电磁环境良好,通信、交通方便 。美国地面上有数十个固定和机动的测控站。如在美国本土科罗拉多州、太平洋 夏威夷群岛、大西洋英属阿森松群岛、印度洋迪戈加西亚岛以及大洋洲汤加共和 国附近的卡瓦加兰岛上,美国都设有测控站。俄罗斯的测控站也非常多,地面测 控站主要设在原苏联境内,其中拜科努尔发射场就有4个测控站,其他地方的太空 跟踪系统和测控站也不下20个。航天测控站正在向高功能和综合利用方向发展。 为提高跟踪覆盖率,已出现天基测控站。 

  游弋于大洋上的“眼睛” 

  航天测量船是对航天器及运载火箭进行跟踪测量和控制的专用船,简称测量 船。它是航天测控网的海上机动测量站,可以根据航天器及运载火箭的飞行轨道 和测控要求配置在海洋的适宜位置上。其任务是在航天控制中心的指挥下跟踪测 量航天器的运行轨迹,接收遥测信息,发送遥控指令,与航天员通信以及营救返 回溅落在海上的航天员;还可用来跟踪测量试验弹道导弹的飞行轨迹,接收弹头 遥测信息,测量弹头海上落点坐标,打捞数据舱等。 

  航天测量船可按需要建成设备完善、功能较全的综合测量船和设备较少、功 能单一的遥测船。它们除具有船舶结构,控制、导航、动力等系统外,还装有相 应的测控系统。综合测量船测控系统一般由无线电跟踪测量系统、光学跟踪测量 系统、遥测系统、遥控系统、再入物理现象观测系统、声呐系统、数据处理系统 、指挥控制中心、船位船姿测量系统、通信系统、时间统一系统、电磁辐射报警 系统和辅助设备组成。 

  为了保证各种测控设备能在海上复杂、恶劣的环境下正常地工作,在综合测 量船上还需要采取一些必要的技术措施:①精确测量船位船姿:由惯性导航、星体 跟踪器、卫星导航和水底声呐等设备组成的船位船姿测量系统可以连续、准确地 测出船的位置(纬度、经度)、速度、航向和纵摇、横摇数据。这是船上跟踪测量 设备的坐标基准。②船体的稳定:可采用自控泄摇水舱、防摇鳍等措施减弱船的 摇摆,改善测量工况。③跟踪波束的稳定:为使测量设备跟踪波束相对稳定在惯性 坐标系中,可采用在甲板上加装稳定平台的方法;或者在跟踪目标过程中将船摇 信息和天线速率陀螺的信息经过处理后输给该天线伺服系统,以便实时修正,实 现对目标的稳定跟踪。④复示变形误差修正:稳定平台和惯性导航基准平台之间的 复示误差、测量设备天线基座和惯性导航基准之间的挠扭曲变形误差采用光学准 直原理精确测定,供坐标转换时修正之用。⑤电磁兼容设计:合理选择电子设备的 工作频率和频谱,合理布局设备和天线,严格选型和敷设电缆,采取必要的屏蔽 、限制和滤波等技术措施,以克服各种电子设备间的电磁干扰。⑥对船载电子设 备采取防潮、防盐雾和防霉变措施。此外,航天测量船还要定期进行静态标校, 以测定各测量设备的零位;定期进行动态精度鉴定,以测定各测量设备的误差;在 海上执行任务时,可用微光电视跟踪系统利用星体随时进行自动化标校,以保证 设备或系统的精度。 

  目前,美国现役的测量船有“红石”号、“靶场哨兵”号、“观察岛”号3艘 ;俄罗斯现役的有“加加林”号、“柯玛洛夫”号、“克雷洛夫”号等测量船和 隶属海军的“西比尔”号等测量船共21艘,其中,“加加林”号满载排水量5.35 万吨,是世界上吨位最大的测量船;法国有“亨利·彭加勒”号1艘;中国有“远 望”号综合测量船4艘。为适应航天技术发展的需要,美、俄等国正不断为测量船 增添作用距离远,可靠性、精度和自动化程度更高的测控设备。 

  翱翔九天的“使者” 

  测量飞机是导弹试验靶场和航天测控网中的一种空中机动测控站,可部署在 适宜的空域,配合和补充陆上测控站和海上测量船的工作,加强测控能力。测量 飞机上装载天线,遥测接收、记录、时统、通信、数据处理等设备及控制台;有 的在靠近机头的外侧有专用舱,以安装光学跟踪系统。 

  测量飞机的作用灵活而多样,具体来说在弹道式导弹和运载火箭的主动段, 可接收、记录和转发遥测数据,弥补地面遥测站因火焰衰减收不到某些关键数据 的缺陷;装备光学跟踪和摄影系统的飞机可对多级火箭进行跟踪和拍摄各级间分 离的照片;在导弹再入段,可有效地接收遥测数据并经通信卫星转发;装备紫外光 、可见光和红外光谱测量仪的飞机可测量导弹再入体的光辐射特性;在巡航导弹 和低空中远程空对空导弹的飞行试验中,可接收和实时转发导弹的遥测数据;为 试验区参试飞机提供超高频无线电话音中继;用机载安全停试系统对导弹进行遥 控;在载人航天器的入轨段和再入段,可保障天地间的双向话音通信,接收和记 录遥测数据,并实时转发给地面接收站,必要时给航天器发送遥控指令。测量飞 机的发展趋势是选用更高性能的运输飞机,并用相控阵天线取代抛物面天线,对 多目标进行跟踪和数据采集,提高其测控能力。 

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