揭秘中國深空探測網：在澳建監測站引美警惕

2013-12-12

嫦娥二號發射時中國已經具備了由13個測控站組成的龐大、先進的航天測控通信網。建成使用期間，塔拉瓦測控站多次測控了中國發射的衞星，成為中國航天測控網的一個組成部分。

中國佈局“深空測控網”

測控系統是所有航天器飛行的“神經中樞”，航天器在發射段、上升段、變軌段、分離段、返回制動段等關鍵飛行段落都離不開測控通信支持，而航天測控水平則是航天界評價航天發展水平的重要標誌

中國的嫦娥三號發射前夕，正值美國大片《地心引力》在全球熱映，電影中一名女宇航員因為一次太空中的意外事故與地球大後方失去了聯繫，不得不一個人面對宇宙的無垠和人類的孤獨並想方設法回到地球。

電影的故事雖然虛構，但卻形象地展示了現代航天中測控通信的重要“臍帶”作用。

事實上，為了保障這條臍帶的通暢，在中國航天向浩瀚宇宙進發的過程中，一張由海基測量船、國內陸基、海外陸基以及天鏈1號、2號組成的“深空測控網”正在逐漸完成。這些測控站點就好像是蜜蜂的複眼，地面工作人員通過這些“複眼”瞭解嫦娥三號運行、飛行等情況，落月後展開月地間的遙操作，控制月球車的行走動作，併為未來的深空測控提供支持。

遙操作“三大中心”

無論是嫦娥三號“落月”，還是月球車巡視勘察，都需要極為精確的測控控制技術做保障。

航天專家龐之浩告訴《中國新聞週刊》，本次任務是中國首次在地外天體實施軟着陸探測，任務技術狀態之新、飛控技術難度之大均前所未有。

據北京航天飛行控制中心總工程師周建亮介紹，此次任務飛控工作有“三高”：技術狀態全新，處置能力要求高；遙操作約束複雜，飛行控制精度高；系統交互多，着陸器和巡視器兩器協同程度高。針對這些難點，北京航天飛行控制中心先後突破了高精度月面視覺定位、月面巡視動態任務規劃、巡視器路徑規劃與行走控制等六大關鍵技術。

這些技術和任務最終都需要來自地面的指揮，因而建設一張能夠實施精確測控的深空測控網必不可少。

據瞭解，嫦娥一號共使用了6個國內測控站，以及南美、歐洲、大洋洲等海外監測站，加上海上移動的兩艘遠望號測控船，觀測嫦娥一號的“複眼”達到十餘隻。

嫦娥二號發射時中國已經具備了由13個測控站組成的龐大、先進的航天測控通信網。這些測控系統包括3箇中心、3條測量船、6個位於國內的測控站、1個建於國外的測控站、4個天文觀測站及1個國際聯網測控站。

“嫦娥二號是嫦娥三號的先導星，承擔着為嫦娥三號月面軟着陸驗證部分關鍵技術，特別是首次試驗X頻段深空測控技術。”龐之浩解釋説，X頻段深空測控試驗的成功實施將使無線電傳輸信號頻率大大提高，遠距離測控通信效果更好、測量精度更準、信息容量更大，是中國邁向深空探測的重要一步。

據瞭解，嫦娥三號使用地面測控系統更加先進和全面。包括啓用多處天文台配合地面測控。整個測控網絡的核心是位於國內的三大中心，即西昌衞星發射中心、北京航天飛行控制中心和西安衞星測控中心。它們有不同分工，分別側重不同的測控任務。

西安衞星測控中心負責對分佈在國內外的多個測控站、船、中繼衞星組成的測控網實施管理。

北京航天飛行控制中心是航天飛行器任務的飛行控制和遙操作中心，也是嫦娥三號任務全過程的指揮控制神經中樞，是所有測控信息的集散地。嫦娥三號在奔月之路上的各階段數據注入與指揮控制，均與這個中心的指揮控制息息相關。

西昌衞星發射中心則主要擔負發射時對火箭的測控任務，接收記錄北京中心轉發的衞星遙測數據並提供給衞星系統。準確判斷運載火箭飛行狀態，在發生故障、情況危急時立即正確分析情況並做出相應決策，保證發射段火箭與衞星的安全。

“深空測控網”

測控系統是所有航天器飛行的“神經中樞”，航天器在發射段、上升段、變軌段、分離段、返回制動段等關鍵飛行段落都離不開測控通信支持。而航天測控水平則是一個國家航天發展水平的重要標誌，因此，中國一直在努力完善自己的測控通信網。

航天測控網一般由航天控制中心、分佈在世界各地的若干航天測控站、海上測量船以及空中空間測控平台組成。測控站按其分佈，有陸上測控站、海上測量船、空中測量飛機和跟蹤與數據中繼衞星四大類。

中國從1967年開始建設自己的航天測控網，2011年神舟八號發射前，航天測控通信網進行了全面升級，由專線體制升級到網絡體制，並與中繼衞星系統共同參與測控組網。

與嫦娥一號、二號不同，嫦娥三號任務的重點和難點是“兩器協同控制與巡視器的遙操作”。對於應急處置能力、飛行控制精度和天地協同控制提出了更高的要求。

為此，在三大中心之外，嫦娥三號還啓用了經過改擴建的佳木斯測控站，該測控站新安裝了64米口徑測控天線，並同時具備三個頻段通信測控功能。與已擁有35米口徑測控天線的新疆喀什測控站共同構成一個深空測控網，並與三亞新型測控站形成中國航天陸基測控網“大三角”佈局。

為了提高測控精度，嫦娥三號還啓用了多處天文台配合地面測控。包括雲南昆明40米口徑和北京密雲50米口徑射電望遠鏡，以及中科院上海天文台剛建成的65米口徑射電望遠鏡，為嫦娥三號任務提供精確測控保障。

“測控網和天文台相互備份，可以確保遙操作精準。”龐之浩説，兩個以上的天文射電望遠鏡組合起來可以實現測軌和定軌，於是我國採用了測控網與天文測量技術聯合測軌的方法，用以提高定軌精度。

這種聯合測控的方式將在未來的深空測控網中得到更多應用。按照計劃，佳木斯64米口徑測控站、喀什35米口徑測控站以及將於2016年建成的南美測控站將構成的三站聯網的深空測控網。而未來新疆烏魯木齊天文觀測站要建立80米口徑望遠鏡，也將是未來深空測控的補充力量。

海外佈局“一波三折”

2011年11月3日，在神舟八號和天宮一號交會對接時，北京航天飛控中心的大屏幕上出現了在澳大利亞西部城市當加拉設立的測控站畫面，引起了包括美國在內的航天大國的關注。

中國的官方報道稱，由於在天宮一號和神舟八號交會對接任務中，系統需要同時完成對兩個航天器的測控通信管理，針對這一要求，新建了澳大利亞當加拉監測站。

據瞭解，澳大利亞批准中國在澳大利亞西部的當加拉測控站園區內設立中國地面測控站的條件是隻能民用。當地報紙報道説，測控站是由瑞典空間公司建立的，後來被租借給北京，但關鍵設備都是從中國運來。

由於其獨特的地理位置，加上澳大利亞是美國的傳統盟國，美國在澳大利亞有駐軍及軍事設施，中國首次在美國的盟國建立這類設施，引起了美國的警惕。儘管瑞典空間研究中心和澳大利亞當局解釋説，測控站只用於民用，但並未消除美國的疑慮。

事實上，中國自1990年代開始嘗試在國外建立陸基測控站。目前已在海外建立了五個可以使用的航天測控站。這些海外測控站與海基測量船、國內陸基以及天鏈1號、2號組成一道先進的航天測控網。

如同當加拉監測站一樣，中國建立海外陸基測控站過程中一波三折，經歷過各種干擾。

1995年，由於中國發射衞星後要專門派遣遠望號測控船到南太平洋進行測控，耗資巨大。經有關部門分析論證，提出在附近的基里巴斯建一個測控站，以節省大筆費用。從1995年6月開始，中方先後多次與基里巴斯商談建站事宜。1996年基里巴斯政府答應租給中國政府一塊位於塔拉瓦面積一公頃的土地並正式達成協議。塔拉瓦測控站1997年1月開建，當年6月6日建成，成為中國在國外建立的第一個自主航天測控站。

建成使用期間，塔拉瓦測控站多次測控了中國發射的衞星，成為中國航天測控網的一個組成部分。不過，後因2003年基里巴斯政局變化，基里巴斯新政府與台灣“建交”，中方最終從塔拉瓦測控站撤出。此後，主要依賴遠望系列測控船在南半球監控衞星和飛船。

雖然塔拉瓦測控站的建設最終流產，但在巴基斯坦和非洲等地測控站的建立將海外佈局推進了一大步。

1998年，根據中國航天飛船的工藝要求和總體安排，決定在巴基斯坦卡拉奇建立一個航天測控站。卡拉奇站站址選在巴基斯坦空間與上層大氣研究委員會的院內，1999年10月1日落成，成為中國第二個海外測控站，為神舟一號、二號的發射回收提供了支持。

此後，由於中國航天重點實施載人航天工程，每次飛船執行任務對精確測控提出了更高要求，所以新建的海外測控站多根據載人飛船的飛行軌跡進行選點佈局。

在中國前駐納米比亞大使陳來元的記憶中，由於神舟飛船返回段航程經過南部非洲靠近納米比亞上空，需要在納米比亞建立航天測控站以實現全程跟蹤測量，但納米比亞站的建立也同樣一波三折。

2000年10月，中國與納米比亞簽署建站協定，但此後租地問題上出現了麻煩，最後中方只得向時任納米比亞總統努喬馬求助，在努喬馬過問和關照下，中方得以先動工建站，再補辦相關手續。2001年1月中旬測控站動工建設，7月下旬落成後，即發揮作用。神舟三號、四號飛船及五號載人飛船的順利返回，與該站準確測控併發出正確指令密切相關。

另一個非洲測控站馬林迪站則直接與神舟五號的任務有關。

由於神舟五號是載人飛船，必須確保搜救組能在最短的時間裏尋找到着陸的飛船，必須在赤道附近西經40度左右的區域內建一個“望塔”來填補將近10分鐘的數據真空。

2003 年初，中國航天測控工程專家組與與羅馬大學和意大利航空局進行合作談判，決定租用意大利羅馬大學布羅格里奧空間中心建在馬林迪的聖馬可營地，並從國內調配專家和設備組建了馬林迪航天測控站。

馬林迪測控站是神舟五號和神舟六號發射工程中唯一一個部分租用的測控站。完成神舟五號飛船測控任務後，馬林迪測控站成為中國西安衞星測控中心測控網絡中第4個重要的測控節點。

神舟七號飛船將執行出艙實驗任務，為保證出艙活動的安全，中國又在智利增加一個測控站。2008年中國在智利聖地亞哥建立了中國衞星測控站，由此，中國航天測控網節點開始進入南美腹地，國外測控站的總數達到5個。

智利聖地亞哥站先後參與了中國一些重大航天項目的地面測控工作，特別是2010年10月1日對“嫦娥二號”的測控，由於該站的啓用，加上與歐洲空間操作中心及所屬的位於南美的庫魯測控站進行合同，使得測控通信覆蓋率達到98%。

按照中國探月任務目標要求，中國將在2016年完成航天測控全球網絡佈局，並具備深空探測能力，用於支持未來中國探月工程的月球探測器返回地球、載人登月、火星探測及其他深空探測任務。（記者席志剛）