航天测控技术发展

航天测控技术发展综述

摘要随着世界航天活动的蓬勃发展，航天测控技术为了适应各类航天任务的要求也处于快速发展期。本文首先综合介绍了航天活动和测控技术的发展，列举了各典型航天活动；而后分别介绍了美国、俄罗斯、欧洲和我国的航天测控技术发展及现状，分析了各国的航天测控网的组建及发展，以及在航天活动中所起的作用，重点分析了我国的测控技术发展历程以及在未来的发展要求；最后，总结了未来的航天测控技术发展趋势，得出的结论为，天基和地基一体化测控通信系统是航天测控未来的毫无疑问的发展方向。

关键词航天任务测控技术地基天基

1 概述

自上世纪50年代首颗人造地球卫星发射成功以来，航天事业的发展在国民经济、国防建设中的作用日益突出。进入新世纪后,世界航天活动呈现蓬勃发展的新态势。世界上的主要航天国家纷纷制订航天发展目标和发展策略。如欧盟“伽利略”试验卫星进行在轨测试验证;美国GPS系统进行现代化和新一代卫星导航系统的规划以及以火星为代表的深空探测等；我国的航天事业也处于繁荣发展的时期：载人航天任务和“嫦娥”探月工程的成功设施、跟踪和数据中继卫星“天链一号”的发射、“北斗卫星”导航系统建设,标志着我国的空间活动已进入一个新阶段。这一切表明,空间已成为人类在新世纪积极开发与探索的重要领域。

航天测控为各类航天飞行器提供测控支持,贯穿整个航天任务过程,是航天工程中极为重要的环节。它的发展与航天任务同步进行,相辅相成,互相推动。随着航天任务的多样化，测控技术也随之发展。

2 国外航天测控技术的发展及现状

2.1 美国

美国作为目前世界上的航天强国，其测控技术也是发展最快最先进的。美国的航天测控网主要是美国国家航空航天局的航天测控和数据采集网。航天测控和数据采集网有用于地球轨道航天计划的航天跟踪和数据网和用于月球和行星探测的深空网两种。为这两个网传递各种信息的地面通信系统是综合通信网。航天跟踪和数据网是20世纪70年代初由卫星跟踪和数据采集网与载人航天网合并而成的，用于所有科学卫星、应用卫星和载人飞船的测控和数据采集。这个网的指挥控制中心设在戈达德航天中心。1983年后又增加了跟踪和数据中继卫星系统，它由两颗静止轨道上的跟踪和数据中继卫星与新墨西哥州的白沙地球站组成。它能对中、低轨道航天器进行连续跟踪测量和控制。深空网由控制中心和5个测控站组成，中心设在加利福尼亚州的喷气推进实验室(JPL)，测控站分别设在美国加利福尼亚州的戈尔德斯敦、澳大利亚的堪培拉和武麦拉、南非的约翰内斯堡以及西班牙的马德里。此外，美国还有一些规模较小的应用卫星专用网，如子午仪号导航卫星跟踪网、国际通信卫星跟踪网等。

2.2 俄罗斯

俄罗斯的航天测控技术主要继承和发展了前苏联的技术。俄罗斯航天测控网由航天控制中心、测控站(陆上固定测控站、海上测量船和测量飞机)、测控站协调中心、通信系统和时间统一系统组成。地面测控站主要设在原苏联境内。其中拜科努尔发射场首区的4个测控站、卡拉干达、萨雷沙甘靶场跟踪系统、巴尔瑙尔、叶尔塞斯克、乌兰乌德等测控站，配合拜科努尔发射场的发射指挥控制中心对发射段到入轨前的航天器进行跟踪监控。红色村、朱萨雷、科尔帕舍沃、乌兰乌德、乌苏里斯克和堪察加-彼得罗巴甫洛夫斯克等6个测控站，保障莫斯科近郊的航天指挥控制中心对入轨后的航天器进行指挥控制。另

有多艘测量船和若干架测量飞机，可部署到需要的海域和空域，扩大测控和通信的覆盖范围。俄罗斯航天测控网系从苏联最初的导弹靶场测控系统扩建演变而成，经历了单级和多级导弹测控到人造地球卫星、载人飞船、空间站和航天飞机的飞行测控的发展过程，各种设备的性能和自动化程度不断提高。该测控网由俄罗斯联邦国防部航天部队管辖，总测控中心设在莫斯科以西的戈里铮诺，在布站上充分考虑了与导弹靶场的兼容和综合利用。为保障深空行星际航行站的测控，新建了直径为70多米的大天线系统。20世纪80年代末开始建立跟踪和数据中继卫星式的天基测控系统，其地面中继站设在莫斯科东北郊的晓尔科沃站。1985年10月发射第一颗“射线”(又称“波束”)中继卫星，可覆盖近半个地球，使航天控制中心同“和平”号空间站每圈的通信时间，从10～25分钟增加到50～60分钟。此后，陆续发射“射线”和“喷泉”中继卫星，组成名为“急流”的军用数据中继卫星网。

2.3 欧洲

欧洲航天局航天跟踪网(ESTRACK)由欧洲航天局航天运行中心(ESOC)和欧洲全球范围的地面站组成，它从1968年开始运行，使用的测控设备主要为S频段统一测控系统，用于支持地球静止轨道卫星及高轨卫星的发射段和在轨运行期间的测控。其中，欧洲航天局航天运行中心主要负责低、高轨卫星和探测器的发射段测控、运行段轨道控制和应急测控等任务；对所属地面站的远程控制和监视；生成测控计划；维护和保养设备等。随着欧洲航天局越来越多深空探测项目的实施，该局正在逐步建立独立的深空网。2002年11月在澳大利亚帕斯附近的新诺舍建成了35m深空地面站，2005年9月在西班牙马德里附近的塞夫雷罗斯建成并投入使用了35m深空地面站，另外还有1个深空地面站(位于与前2个深空地面站经度分别相隔120°的南美洲地区)待建。而航天跟踪网原有的几个地面站也会根据需要进行升级、改造，参加部分深空探测任务，为探测器提供测控支持。

3 我国航天测控技术发展及现状

我国从1967年开始建设自己的航天测控网，1970年正式投入使用。当初的航天测控通信网由西安卫星测控中心和若干个航天测控站、海上测量船以及连接它们的专用通信网组成。西安卫星测控中心由数据处理系统、通信系统、指挥监控系统和时间统一系统组成，可对不同轨道的卫星进行定轨、定姿和管理，并具有多种卫星同时管理的能力。当时的航天测控网主要测量设备有单脉冲精密跟踪雷达、多普勒测速仪、光学测量设备和短波遥测设备等。在70年代和80年代，陆续增加了双频多普勒测速仪、超短波遥测系统、遥控系统、回收测量系统和微波统一测控系统并设计了先进的地球同步轨道卫星测控应用软件从1990年中国发射美国制造的“亚洲”1号通信卫星起，中国航天测控网开始对中国承揽的国际商业性发射任务提供测控支持。中国航天测控网在技术上与国际上主要测控网渐趋兼容，可与之联网工作。

随着载人工程的启动以及后来的“天宫”和“嫦娥”工程，航天测控网为了适应更复杂航天任务的要求，陆续对大批设备、软件进行升级改造，使整个网的测控能力有了新的质的飞跃。目前，参加航天测控地面测控系统有北京航天指挥控制中心、酒泉卫星发射指挥控制中心、西安卫星测控中心、酒泉卫星发射中心、酒泉综合测控站、发射首区各光学站、山西兴县站、陕西渭南站、厦门站、新疆喀什站、和田站、巴基斯坦卡拉奇站、南非站以及位于三大洋的四艘“远望”号测量船等。通信系统有指挥通信、数据传输、天地通信、时间统一、实况电视监视及传输、语音通信、帧中继交换等系统。通信系统的主用网络和备用网络覆盖了整个中国和世界三大洋。采用Vsat和IBS/IDR体制卫星通信系统、SDH和PDH 光纤传输、国防通信网、国家通信网、国际海事卫星通信系统及国际租用电路等多种传输手段，组成以北京卫星地球站、酒泉卫星地球站、西安卫星地球站为枢纽节点、北京航天指挥中心、东风中心、西安中心为骨干节点，其他各测控站（船）为用户节点的网状通信网络，提供高速度、多方向、多业务、高质量的传输路由。测控系统与通信系统有机结合，在火箭、飞船测控通信系统的配合协调下工作，共同完成对运载火箭和飞船的测控通信任务。

近几年，跟踪和数据中继卫星“天链一号”的发射，我国开始组建天基的测控网，这将进一步提升我国的航天测控能力。