箭將衛星送入近地點高度200千米、遠地點萬千米、軌道傾角31度的大橢圓軌道。在此後的5天左右時間內,衛星將?過4次變軌,使得飛行軌道的遠地點接近40萬千米,進入奔向月球的軌道—地月轉移軌道。在地月轉移軌道上,衛星?過2~3次中途軌道修正後到達月球附近。再?過3次近月點減速,以確保其順利被月球引力捕獲,準確進入高度為200千米的繞月探測軌道。
如此遙遠的距離給“嫦娥一號”的測控帶來了極大的困難。
困難之一:通訊訊號弱。眾所周知,無線電訊號強度與距離的平方成反比,也就是說測控距離增加一倍,訊號強度就衰減3/4。“嫦娥一號”的測控距離是普通衛星的10倍以上;要想收到它的資訊,地面接發訊號的雷達天線就要做得很大。目前,我國航天測控系統最大的天線直徑是25米,而國外用來深空探測的是由一系列直徑70米的天線組成的面積近4000平方米的天線陣。
困難之二:訊號傳輸慢。無線電波以每秒30萬千米的光速傳播,地球至月球的單程時延為35秒,相當於我們說完話後,35秒後對方才能聽見。這種時延造成了在探月過程中幾乎很難做到實時響應,這對於準確測控來說就顯得實在太慢了。
困難之三:無法連續測控。由於地球自轉的影響,為保證地…月轉移軌道及月球軌道24小時連續觀測,必須在全球佈設?度上相距120度、範圍在北緯和南緯29度以上地區至少三個地面站,每個站可連續觀測8小時,我國本土陸地面積東西橫跨為5000千米,在?度上跨度僅為62度,緯度距離為52度,因而在我國國土上建幾個深空測控站,觀測效果只相當於一個站。由於地球的自轉,單個地面站可連續跟蹤的弧段最多隻能達到15小時。要實現全天時的觀察需要,需要在全球布站或開展國際合作。
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萬里嫦娥一線牽(2)
困難之四:高精度導航困難。近地衛星可以使用的高精度導航手段(如GPS導航技術),在深空測控通訊中主要依靠傳統的多普勒測量和距離測量手段。隨著目標距離的增大,角度測量誤差所引起的導航誤差也很大。真可謂“失之毫釐,謬以千里”。
在工程論證中,測控系統成了制約整個工程的瓶頸。後來,工程總指揮孫家棟根據調查發現,在採用我國現有航天測控網的基礎上,如果再利用中國科學院上海天文臺、北京天文臺和昆明天文臺的天文望遠鏡的觀測能力,讓天文臺的甚長基線射電干涉網輔助測量,提高衛星導航精度,就可基本滿足“嫦娥一號”衛星的測控要求。於是,專家們建設性地提出了“USB+VLBI”綜合測量方案,在我國尚未建成深空探測網的現實條件下,解決了測控距離遠,測量精度高的技術難題。
“USB”是S頻段微波統一測控系統的簡稱,是具有跟蹤測軌、遙測接收、遙控發令功能的綜合多功能測控裝置。它先後完成了我國曆次運載火箭和各型號衛星飛行的測控通訊任務,完成了我國各衛星發射中心、測控中心、測控站和“遠望”號綜合測量船隊測控通訊系統的總體設計與建設,是國內比較完善的衛星測控通訊網,在我國載人航天飛行試驗中,它也?受了檢驗。參加繞月探測工程S頻段測控網主要由北京航天飛行控制中心、西安衛星測控中心、西昌衛星發射中心、青島站、喀什站、廈門站,以及“遠望二號”、“遠望三號”測量船組成。為了解決遠距離測控,又分別在喀什站和青島站新建了18米天線,改善了以往用於地球衛星的10米和12米天線的通道餘量,提高了測量精度,增強了系統可靠性,使地面站作用距離從地球範圍延伸到月球範圍。
統一測控系統一般由天線跟蹤/角測量系統、發射系統、接收系統、遙測終端、遙控終端、測距/測速終端、時/頻終端、資料傳輸裝置以及其他裝置組成,所用頻段多為S波段(2000~4000兆赫)或C波段(4000~8000兆赫)。採用統一測控系統並使用S頻段的測控通訊網稱為“統一S波段”測控網,簡稱USB測控網。
VLBI(VeryLongBaselineInterferometry)是甚長基線干涉測量的英文縮寫,它是一種射電干涉技術,透過無線電波干涉的方法,將間隔數百乃至數千千米長度基線兩端的口徑較小的射電望遠鏡,合成為巨大的綜合孔徑望遠鏡,其等效直徑為望遠鏡之間的最長基線長度。透過延長基線,VLBI能獲得極高的解析度,是目前解析度最高的天文觀測技術,主