载人航天的重大意义

历史上，远洋航海技术的兴起，导致了世界贸易的发展、世界市场的开辟和近代科学的一系列成就，开始了一个"全球文明"的时代。当代载人航天技术的问世，则使人类走出地球这一摇篮而到达太空，开始了一个"空间文明"的新时代。 载人航天是航天技术向更高阶段的发展。不过，由于载人航天技术与无人航天技术有很大差别，主要反映在安全性、复杂性和成本高三个方面，所以从19xx年第一名航天员上天到现在，它还没有表现出特别明显的用途。但从可以预见的未来来看，人类现在面临的资源枯竭、人口急增等急待解决的几大问题，只有通过开放地球、扩大人类生存空间来解决。即使在当代，发展载人航天也可以起到以下作用：

首先，它能体现一个国家综合国力和提升国际威望。因为航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展，载人航天的突破--用本国的载人航天器将航天员送入太空并安全返回，更是一个国家综合国力强大的标志。发展载人航天需要依靠先进的技术水平、发达的工业基础和雄厚的经济实力。迄今为止，只有俄罗斯和美国实现了载人航天。其他拥有一定航天技术基础或较强经济实力的国家，虽欲染指载人航天，但因力不从心，所以只能求助于与他们合作，出钱出资，用俄、美的载人航天器将本国航天员送上太空，以图逐步加入世界"载人航天俱乐部"。邓小平同志曾经说过：没有两弹一星就没有中国的大国地位。所以，我国航天员进入太空，也能像上世纪六七十年代我国拥有"两弹一星"那样，引起全世界注视，提高我国的国际地位，振奋民族精神，增强全民的凝聚力。

其次，它能体现现代科技多个领域的成就，同时又给现代科技各个领域提出新的发展需求，从而可以大大促进整个科技的发展，并将为培养和造就航天科技人才作贡献。例如，就载人航天器本身的研制和运行而言，它对通信、遥感、推进、测量、材料、计算机、系统工程、自动控制、环境控制和生命保障等技术提出了很高的要求，因而大大推动了这些技术的进步。

再有，载人航天的发展能促进太空资源的开发，为地球上的人类造福。载人航天器所处的高远位置和微重力等特殊环境，可为科研提供一个理想的实验场所，它在推动生命科学与生物技术、微重力科学与应用等许多方面正发挥着重要作用，并有望在一些前沿学科上取得突破性进展，为人类带来巨大的效益。一些国家已经在太空制药、太空育种和太空材料加工等领域取得显著成果，并准备建造太空工厂，其效率和效益不可限量。

另外，地球能容纳的人口是有限的，大约80亿～110亿，因此有些人已经开始研究向外空移民的方案；地球上的能源也日益紧张，那么是否可以到别的星球开发矿藏呢？这是科学家所关心的一个问题，而且不是天方夜潭，因为类似载人登月等许多过去可望不可及的神话和幻想，如今有不少都变成了现实。

最后，载人航天具有巨大的军事潜力。使用载人航天器可以很好地完成侦察和监视任务；灵活部署、修理和组装大型军用卫星；安全而连续地指挥和控制地面军事力量；还能作为特殊武器的试验场。例如，早在19xx年12月，美国双子星座7号飞船上的航天员就曾用红外遥感器监视和跟踪了1枚潜射导弹的发射，所获信息比潜艇上的观察人员报告的还要快。第1次、2次海湾战期间，和平号

空间站与"国际空间站"上的航天员对战区进行了大量观测活动，取得了许多有用的信息。

中国载人航天的未来前景

中国载人航天将实施"三步走"的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上，已将首位航天员送入太空，实现了载人航天的历史性突破。然而这只是第一步。第二步除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外，重点包括出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室，以尽早建成完整配套的空间工程大系统，解决一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。

第二篇：载人航天测控通信系统

!)!))*

88

载人航天测控通信系统

于志坚

北京跟踪与通信技术研究所<北京;=)))>*?

摘

要9在原有卫星测控网的基础上规划设计的载人航天测控通信系统与国际标准接轨<通过国内外的地面

测控站和遍布三大洋的四艘远洋测量船保证了地面与飞船的测量控制和通信<实现了多项关键技术突破@它不仅能满足载人航天任务的高可靠A高精度A高覆盖A高速率的需要<还能同时为#这)颗以上卫星提供测控通信支持<标志着我国自主发展的航天测控通信技术达到了世界先进水平@

关键词9载人航天B测控系统B卫星通信中图分类号9$""!

文献标识码91

文章编号9;))):;#!C=!))*?)#:)!*D:)*

E引言

测控通信系统在载人航天任务中主要是对火箭A飞船和航天员的工作状态进行监视<并根据控制要求进行飞行控制<是天地通信的唯一途径@载人航天任务对测控通信系统的覆盖率A测量精度A数据传输速率A可靠性等均提出了高要求@以运行段为例<就要求确保每圈都有测控通信段落<在入轨A轨道控制及返回制动等重要测控事件时有较长的测控弧段B要求高精度的轨道确定<尤其是高精度的返回制动点预报B要支持!信息传输速率等等@这些6FG2

要求都超出了我国以往卫星测控系统的支持能力@在分析国外载人航天测控A通信网发展概况和我国航天测控A通信网现状的基础上<根据载人航天对测控与通信的任务要求<测控通信系统在方案设计时没有沿用当时正在使用的超短波统一测控系统<而是创新地提出发展与国际标准接轨的统一H频段测控通信系统@

I国外载人航天测控通信系统概况

美国载人航天测控网=于;>"CK;>D;6HJ(?年间投资近"亿美元建成<具有跟踪A遥测A遥控功能<后增加了通信和电视<支持了水星A双子星和阿波罗计划@水星计划时包括;L个站<>个设在国外含两艘测量船?跟踪使用M和H频段雷达<上下=<行话音设备采用主备两套超高频@双子星座网计划时测站增加至!并将飞行计算中心和控制中心;个<

收稿日期9修回日期9!))*:);:)"<!))*:)#:!"

合一建立休斯顿载人航天指控中心@阿波罗网的变化主要是采用NH全球建立了近!测量)个站=O站<

船A测量飞机和三个深空站?@在跟踪与数据中继卫星系统投入使用后<美国关闭了其大部分地面站@

前苏联的载人航天测控网包括加里宁格勒飞行控制中心和加里茨恩飞行控制中心<通信方面采用卫星通信和中继卫星系统@包括上升段发射场和航区的多个测控站<运行段使用了沿国土均匀分布的遥测设D个测控站@站内设备有多功能测控设备A备A雷达A通信设备A卫通A中继卫星终端A计算机和标校设备等<具有测轨A遥测A遥控A通信和电视传输等功能@在D)KC)年代有;;艘测量船@

除美国和前苏联建设了规模庞大的载人航天测控通信系统<其它一些国家和航天组织也分别建立了自己的航天测控通信网<包括测控中心和全球分布的若干测控站@

P我国载人航天测控通信系统

在载人航天测控通信系统的论证设计中<始终系统以陆海基测控网作为基本测控通信手段<充分利用现有的首区A航区光学设备和无线电设备B新建陆地固定测控站和活动站<建设A完善测量船队B新改造利用西安卫星测控中心B新建天地通信系统A数

坚持了Q立足我国国情<低投入高效益R的设计思路@

建飞行任务指挥和控制统一的任务指挥控制中心<

字数据通信网等通信分系统@这些分系统有机结合<

优化设计布局<组成了我国新一代具有中国特色的A

>IH

达到国际先进水平的!频段航天测控网"#$%!频段统一测控系统

宇航学报

第>J卷

信容量最高(业务量最大’实时性最强(可靠性最高(效益最佳(时间同步精度最高和应用前景最广阔的通信系统"它成功组织了覆盖整个国土和三大洋的通信网络’在网络中采用了卫星通信<含海事卫星通信=光纤传输电路等多种手段"提供了质量优良(通(信方向最多(速率高达>使试验通信?的通信电路’

的组网规模(技术先进性和运行效益等方面达到最

!频段航天测控网的设计与建设工作历时约&

年’由测控和通信共用信道造成的电磁兼容设计和天地接口设计及信息的透明传输方式是设计的重点和难点’测控通信系统在系统方案设计初期就着手规划了载人航天工程整!波段测控网的频率设计’

个!频段工作频率和副载波频率’专门设计了一套电磁兼容试验设备’编写并会签了天地接口控制文佳4首次在试验任务中采用全网数据同步传输技术’使我国航天通信系统在技术上跨上了一个新台阶’

件以控制天地设备的质量’保证了天地大回路的正常操作"

!频段测控网中一大亮点是由测量船远望一(二(三(四号船组成(布于太平洋(印度洋和大西洋海的测量船队’大大提高了对飞船的测控通信覆盖率’对载人航天任务的顺利完成起了关键作用"新建的远望三号船在系统设计和建设中吸取了远望一(二号船的成功经验’一大创新之处是标校经纬仪安装基座间采用吊筒刚性联接方案’并将两台惯导台体改为垂直艏艉线左右设置’省掉了标校经纬仪和惯导间的复示测量设备及两套惯导间的变形测量设备’并成功解决了船上拥挤的设备间电磁兼容问题’船中心计算机分系统设计采用微机和网络功能分布式系统"

#$#任务指挥控制中心

任务指挥控制中心是地面指挥控制的中枢’负责飞船发射段和整个运行段以及返回段的指挥控制任务’由计算机系统(指挥监控系统和通信系统组成"为了满足工程的大数据量(高可靠(强实时性要求’中心设计时采用了基于)*)+!,-./01233*网络的功能分布式计算机系统’这种体系结构是对以往采用的集中式结构的重大突破4系统中通过中心级备份(双网备份(双工备份(多567备份和信道备份等实现了多层次的备份冗余体制’确保了系统的高可靠性4实现了高速率(高并行的通信控制处理技术’外线通道近百路4采用帧中继协议和5*!58公司的93:5协议’为我国测控网与国外相关网络的互联(互通开辟了新的技术途径"

#$;通信分系统

通信分系统论证阶段开展了卫星通信网的技术体制(天地超短波通信和数字电视通信技术体制(高速数据传输的复接与同步技术以及天地短波超视距传输等问题的攻关　

"载人航天的通信系统是我国航天史上迄今规模最大(覆盖面最广(技术最先进(通

在系统的综合性能上实现了质的飞跃4首次采用了33@(帧中继(!39等先进传输系统’

在航天通信网中提供了数据迂回和电路自愈功能’有效地提高了通信系统的可靠性"卫星通信系统作为主用路由的骨干传输手段’承担了工程ABC以上的传输业务量’其网络规模(技术性能和承载业务均为我国历次航天任务之最"时间统一系统主要采用铷频标和)6!定时校频手段’

向测控等用户提供的标频准确度和时间同步精度达到了较高的水平"采用7!D和

E92成功实现了天地数字电视和天地话音的通信’取得了良好效果"

#$F脉冲雷达网

测控通信系统还通过新研制多套脉冲测量雷达(对老的雷达进行技术改造等方式充分利用脉冲雷达网’提高入轨段(在轨运行段和返回段的外弹道测量的可靠性"这些新研制或进行较大技术改造的脉冲雷达’都成功参试完成了试验任务’特别是在返回段’我国第一次研制的相控阵测量雷达’在目标特性和返回轨道特性不清楚的困难条件下成功地捕获目标’并圆满完成了跟踪测量任务’为我国返回目标测量提供了非常宝贵的经验’填补了该领域的空白"

#$G测控软件

与硬件系统建设相应’测控通信系统自始自终坚持按照软件工程化的要求进行测控软件系统的建设"软件系统分析与设计在总体技术方案中就明确规定测控软件开发方法要采用结构化方法’包括结构化分析(结构化设计(结构化编程和结构化测试4

在测控软件开发中积极推进(并贯彻执行软件研制的有关国家标准’明确测控软件的开发规范’并将载人航天测控软件开发过程划分为软件总体技术设计<软件系统分析与设计=(需求分析(概要设计(详细设计(编码及单元测试(部件测试(配置测试(系统测试和软件维护等阶段4选择适合任务的实时测控系统使用的软件开发工具和数据库管理系统’开发了

第9期于志坚H载人航天测控通信系统GFE

!"#$%!&’(环境下性能与覆盖分析工具)’*+,-载人航天测控软件的开发在实时测控软件开发史上实现了多项创新-历时近十年建成的测控通信系统共包括国内多个测控站和国外站.首区.航区的光学站和雷达站.一个测量船队.三个控制中心./频段国际联网站.一个测控网网管中心和一个具有功能完备的通信网和时间统一系统-测控中心.测控站0船1通过通信网有机结合.协调工作2完成对运载火箭.飞船和航天主要使用的具有国际同类先进水平的骨干系统-/频段统一测控系统0在频段和体制上与国际兼1;/<

容2采用=*载波调制相结合/>调制与多副载波?的综合体制2集测轨.遥测.遥控.话音.电视等功能于一体2综合了测控和天地通信-船载0测量船1;/<还能测量运载火箭的/频段调频0遥测-@A1

载人航天测控通信系统设计符合++/B/建议书等国际标准和规范2通过突破;/<宽频带测距转发等技术首次实现了我国航天测控网与国外航天测员的测控通信任务-系统建设完成后又进行了多次的优化完善2为圆满完成已进行的四次无人试验任务和首次载人航天飞行任务作出了重大贡献-测控通信系统对火箭的飞行状态进行了全程监视2给出了火箭正常飞行的正确判断3对飞船运行进行了跟踪监视和控制3与航天员进行了天4地间话音通信2以及下行数字电视接收试验2取得了良好的效果-测控通信系统圆满地完成了待发段.上升段.运行段.返回段对火箭.飞船的测控通信任务及轨道舱留轨初期的测控任务2并对三个留轨舱进行了最长达半年的日常管理-5载人航天测控通信系统的技术突破

我国载人航天工程测控通信系统在测控通信体制.测控网工作模式.高速数据传输技术.数字仿真技术等多个方面实现了重大技术突破-载人航天测控通信系统布站设计时结合我国国情和载人航天的特点2利用我国有限的国土跨度0东西跨度678左右.南北跨度9:8

左右1和航天测控资源实现优化2确保了航天器在上升段.入轨段.变轨段.返回制动段.推返分离段.再入段等关键飞行段落的测控通信支持2满足了载人航天基本的测控通信要求-同时又兼顾了今后测控通信系统的发展2规模适当.布局合理2技术先进2以较少的投入获得了较大的效益2从而实现了测控通信系统整体效能的优化-以/频段测控系统为骨干测控设备的载人航天测控通信系统2充分利用我国现有的测控通信资源2辅以挖潜改造2形成了规模适中.功能齐全的陆海基测控通信系统-该系统涉及光学测量.雷达测量.遥测.遥控.数据传输.数据处理.计算机与显示等多个学科与专业2既可支持我国载人飞船.所有的中低轨卫星测控2　也可支持/频段同步卫星和火箭的测控任务2功能强.体系结构合理2是我国今后航天测控

控网的联网-通过国外联网与国外建站相结合2既提高了测控通信覆盖率2也减少了航天测量船的数量2

为国家节省了数亿元的经费-利用对设备的远程监控技术.网络技术及双路由热备份技术等2载人航天测控通信系统在国内首次设计并实现了测控网的透明工作方式2对航天器的数据处理.状态监视.控制决策和实施由航天器的任务中心统一完成2改变了我国航天测控沿用了二十多年的测控中心.测控站共同负责航天器测量数据处理.航天器控制决策的模式-/频段测控设备和数据交换系统都由网络管理中心统一进行集中监控管理和资源的动态分配2加强了测控中心的功能2简化了测控站操作2大大提高了航天器飞行控制的可靠性2提高了整个系统的运行效能和多任务能力2降低了航天费用-由于测控网采用了透明传输方式2测控中心可以直接对航天器进行监控2测控站起沟通天)地信道的作用-这种工作方式不仅简化了测控站的技术难度2而且大大提高了测控网的实时性和可靠性-新设计建设的航天指挥控制中心信息处理系统由集中式改变为基于网络功能分布体系结构和#C

D冗余动态备份工作模式2

改变了主备两台中心机完成中心全部信息任务的传统模式2提高了系统的可扩展性与升级能力2简化了软件开发2提高了信息处理系统的可靠性2同时降低了建设成本-在充分利用我国高精度测量带在内的原有测控设备的基础上2载人航天测控通信系统在我国首次研制出利用传统的卡塞格伦天线实现多目标测量的大功率脉冲雷达2并设计了针对火箭的自动化地面故障诊断与决策系统-综合利用上述技术在我国首次实现了航天器上升段逃逸.安控和救生的地面支持2填补了我国在该项技术上的空白2成为了继美.

俄后第三个具有该能力的国家-载人航天测控通信首次在我国大型科研试验任

(91

宇航学报

第(9卷

务中采用数字数据网技术!实现了全系统端到端传输的数字化!彻底改变了跨场区数据传输采用话带调制器加卫通话音通道组成点到点专用数据电路的模式!数据传输质量提高了一个量级!使试验任务的数据传输技术水平上了一个新的台阶"在航天测控通信网中首次采用#为#$%&#’等先进传输系统!航天通信网提供了数据迂回和电路自愈能力!有效地提高了通信系统的可靠性"首次解决了(高)*+,速率数据的传输技术!在我国航天测控网中首次使载人航天工程的高速测控数据和数字电视图像信息的实时传输成为可能"

针对我国载人航天工程测控通信设备多%分布广%技术状态新%接口关系复杂等特点!载人航天测控通信系统还设计了测控通信模拟仿真体系!包括研制飞船模拟器和中心接口模拟器%开发中心数字仿真系统等"在国内测控中心首次建立的综合数字仿真系统!大大提高了软件开发效率和对航天器控制的可靠性"通过模拟演练!使全球分布%包括三个中心和十几个综合测控站-船.设备全新的载人航%天测控通信系统在短期内形成了一个功能完善的有机整体"/结语

载人航天工程测控通信系统是我国至今为止规模最大%功能最全%技术最先进的测控通信网"它使用符合国际电联要求的频率标准!具备天地话音%电视图像和高速数据传输等能力!而且能同时为01颗

以上的卫星提供测控支持服务!可满足我国中低轨道卫星%载人飞船以及部分同步卫星早期轨道支持和定点管理等多种航天器的测控需求"这标志着我国自主发展的航天测控通信技术达到了世界先进水平"我国首次载人飞行任务的圆满成功!再一次证明了我国载人航天测控通信系统的先进与可靠"参考文献2

航天测控技术的过去%现在和未来6电讯技术!345刘嘉兴64777

年第(期

吴斌6我国航天测控网发展构想6飞行器测控学报!第3(5翟政安!

47卷第0期

卫星测控网的技术发展6飞行器测控学报!第(305赵业福64卷第

0期

航天测控中的微波统一测控系统!遥测遥控!385赵业福6(111年

第9期

395

A6;?;+:’;<:=>?@B?+CDBE=FDC>GHE>F=>ED,FDI!(!(114D+>CBFJD?,DI,KBLL,BF>LLJF>F=>9?G<;M

房鸿瑞6在我国实施O遥测3N5于志坚!O&#&标准的基本构想!

遥控!4777年第N

期

作者简介2于志坚-男!研究员!中国47N1A.!载人航天测控通信系统总设计师!硕士生导师!专业为航天测控"

通信地址2北京9404信箱4号-411178.电话2141ANN0N4114

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