对话测控通信系统副总设计师李国民目尽天河远联通天地间
央视网消息:从神舟五号到神舟十五号,神舟飞船一次次将中国航天员成功送入太空,中华民族数千年来对璀璨星河的浪漫想象也一步步成为现实。
神舟飞船进入太空后,与地面的联系要依靠一张测控通信网。这张载人航天测控通信网就像是"风筝线",一头连接航天器,一头连通地面,时刻保证着飞船与地面的顺畅通信。随着中国载人航天事业的发展,这张测控通信网对天地之间的通信保障能力也显著提升,不仅航天员的出舱和空间站活动清晰可见,还能"说来就来"一场生动的"太空授课"。今天的"两总话天宫",我们就与测控通信系统副总设计师李国民,一同探访空间站"天地通信"的故事。
2021年12月9日15时40分,"天宫课堂"第一课在空间站正式开课。神舟十三号乘组要在轨演示微重力环境下细胞学实验、物体运动、液体表面张力等现象,并与地面课堂实时交流。这对于测控通信系统来说,是一项新的任务和挑战。
测控通信系统副总设计师 李国民:太空授课基本上要求连续40分钟,不能短于40分钟测控的一些相应的支持,特别是图像和发音,图像不能够中断,图像不能模糊,图像也不能卡顿,我们测控系统要求叫无瑕疵,要圆满完成这项任务。这么高的要求怎么去做?我们必须要出一个测控中心系统专门的保证方案,之后地面要进行演练,演练完了以后进行总结,哪个地方有问题要进行改进。我们是实况直播的,这是向全国人民展示空间站建设的一些详细成果的,所以实况直播对我们的压力也是非常大。
许多收看实时直播的观众惊喜地发现,在此次太空授课中,声音与画面不但没有丝毫卡顿,而且相较以往还更清晰了。传道授业"天上来",这么长时间的天地"视频通话"又是怎样实现的呢?
测控通信系统副总设计师 李国民:我们建立了天地之间的高速传输通道,也就是天地一体化网络传输系统。
完成这场太空授课,需要空间站、天链中继卫星和地面站三者共同参与。距地面约4万公里处,由天链一号03星、04星,天链二号01星组成的天基测控网就像一个"太空基站",将核心舱和地面站连接起来,建立起一条天地"高速公路"。
记者:自主创新修建天地"高速公路"过程,难不难?
测控通信系统副总设计师 李国民:难。从地面到中继星,再到空间站,时延抖动还是比较大,把地面技术直接照搬是不行的,图像肯定卡来卡去,甚至一下就卡在那个地方,话音肯定是噼里啪啦断,所以我们也采用了一些新的技术手段,叫做天地一体化的网络技术,增加了一些传输的防拥堵塞的相应技术,半满发送的技术,还有自适应流量控制这些技术,搭建相应的实验平台,反复进行一些相应试验,反复论证、反复迭代,才达到现在的相应成果。
测控通信系统主要承担着对火箭、航天器的飞行轨迹、姿态和工作状态的测量、监视与控制任务,提供与航天员进行视频和语音通信的通道,是航天器从起飞至寿命结束过程中天地联系的唯一手段。
测控通信系统副总设计师 李国民:我们是天地联系的唯一通道,没有测控系统,空间站现在整个状况都是"睁眼瞎",什么都不知道。我可以举一个非常简单的例子,太空碎片、太空垃圾非常多,万一有一个要接近,这个时候需要规避,我(测控系统)断了,指令上不去,碎片规避不了,撞了,航天员的生命、空间站的平台各方面都会受到很大的影响。所以从这个角度上来讲,测控通信系统是航天器的"生命线",也是航天员的"生命线"。
就是这条生命线,随时随地掌握飞船的数据,获取航天员的动态。2003年,杨利伟搭乘神舟五号飞船进入太空时,也曾数次进行天地通话,但每次都有着很严格的时间窗口限制。至今,李国民还历历在目。
测控通信系统副总设计师 李国民:第一次载人,我的测控网覆盖率只有不到30%,这种情况下能不担心吗?人命关天,哪个(测控)站出现问题,都可能对航天员的生命会造成危险。所以来讲心一直是悬着,一直到杨利伟落地,心才放下。
在这种背景下,我国"天链一号"中继卫星系统工程正式立项。2008年至2012年,我国先后发射天链一号01至03星,使我国成为世界上第二个拥有对中、低轨航天器全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。2019年3月,天链二号01星成功发射,这是我国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首发星。2021年,通过3颗中继卫星和核心舱的中继天线,天地测控覆盖率可达90%以上。现在,空间站三舱形成组合体后,测控覆盖率已经接近100%。如今,我国已经形成了陆、海、天基三位一体的测控网。
总台央视记者 刘洁:"陆基"指的是地面建站,跟踪弧段很短,主要是保证发射链和返回链的稳定测量,像我所在的东风测控站这样的地面站一共有11个。"海基"指的就是测量船,它可以对海洋区域进行机动测控。我们总共建造了从远望1号到远望7号一共7艘测量船,目前还有4艘在用。测量船队奔赴大西洋、印度洋、太平洋,多次参加载人航天任务。"天基"指的是中继卫星系统,这就等于把地面站搬到了赤道上,一个地方站可以看到半个地球,测控覆盖面相当大。从2008年发射第一颗中继卫星到现在,已经发射了8颗,至今除了一代中继第一颗卫星现在已经退役外,剩下的7颗都在用。在未来,中继卫星系统还将发挥更大的作用。
测控通信系统副总设计师 李国民:整个测控系统在国际上来讲是达到了先进水平,其中有个别上的单项,例如整个地面站现在可以做到整个没有人操作、无人值守。飞控中心的定轨能力,特别是短弧定轨能力,已达到国际领先水平。
就在空间站在轨建造期间,神舟飞船返回轨迹跨度范围发生了较大变化。在神舟十四号任务中,问天、梦天实验舱相继发射,并经历9种组合体构型、5次交会对接、3次分离撤离和2次转位任务,在轨飞行任务复杂程度成为历次任务之最,技术状态上的这些变化对测控通信系统也提出了更高的要求。
测控通信系统副总设计师 李国民:对测控系统都是第一次,梦天舱、问天舱都是13个小时交会对接,载人飞船和货运飞船都是采用6.5小时,每一种交会对接对测控系统提出的要求也都是不一样的,在空间站建设中就是宽波束的跟踪技术方案,顺利地、完美地完成了各种情况的交会对接。就今天(天舟五号)我们采用的是2个小时的快速交会对接,这是国际先进水平,这非常值得纪念的,因为货运飞船两小时快速交会对接,1小时57分31秒我们就完成了,在两个小时之内,这是世界上任何一个国家都没有,只有我们中国做到了。
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