“神舟五號(hào)飛天時(shí)，我們說‘楊利偉駕駛著飛船’。其實(shí)這是不準(zhǔn)確的，應(yīng)該是楊利偉‘乘坐’著飛船。這次神舟九號(hào)，
航天員要手動(dòng)完成飛船與天宮的交會(huì)對(duì)接，這才是真正的‘駕駛’著飛船。”中國電子科技集團(tuán)公司研究員級(jí)高級(jí)工程師、
測(cè)控通信專家陳建民說。
航天員在‘駕駛’飛船實(shí)施交會(huì)對(duì)接的過程中，要看著電視圖像，根據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如距離、高度、軸線差別、相對(duì)速度等，讓兩個(gè)航天器一點(diǎn)點(diǎn)逼近，根據(jù)仔細(xì)計(jì)算決定速度變化方案，完成交會(huì)對(duì)接。航天員手動(dòng)操作時(shí)掌握的信息源自哪里呢？這就要靠神舟九號(hào)的測(cè)控與通信系統(tǒng)來完成。
“就是對(duì)火箭、飛船進(jìn)行遙控、通信以及聽診！”中國電子科技集團(tuán)公司科研人員趙曉虎這樣形容測(cè)控通信系統(tǒng)的功能。“遙控，就是控制飛船的運(yùn)行；聽診，就是
測(cè)量飛船在整個(gè)過程中的軌道運(yùn)行參數(shù)，包括飛船空間距離、角度、速度、運(yùn)行軌跡等在內(nèi)的重要數(shù)據(jù)；而通信，則是保障飛船與地面指控中心之間各種數(shù)據(jù)、
指揮調(diào)度、天地通信話音和視頻等信息的順利傳輸。”這些測(cè)控通信設(shè)備的設(shè)立，就像一張密實(shí)的蜘蛛網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了天與地、指揮中心與各個(gè)地面站點(diǎn)以及海上測(cè)控站點(diǎn)之間的有效連接和協(xié)同控制。
空間精度：誤差不超過1毫米
“要想成功交會(huì)對(duì)接，需要通過天地之間的遙測(cè)，高精度定軌，必須知道“天宮”一號(hào)的倉口在哪兒，“神舟”九號(hào)的倉口在哪，要對(duì)準(zhǔn)，誤差不超過1毫米。這就對(duì)中國電科負(fù)責(zé)的地面監(jiān)測(cè)站提出了極高的要求。”陳建民說。
太空中的“天宮”一號(hào)目標(biāo)飛行器和“神舟”九號(hào)飛船都是高速運(yùn)行的，時(shí)速達(dá)到28000公里以上。在對(duì)接過程中，一個(gè)很小的誤差，也會(huì)讓飛船拋向離目標(biāo)飛行器很遠(yuǎn)的地方，或者，期待的“接吻”會(huì)變成可怕的“追尾”。
飛船在宇宙高速飛行，要求精度極高，地面監(jiān)測(cè)站需要實(shí)時(shí)對(duì)飛船進(jìn)行測(cè)控。 “地面站會(huì)不斷發(fā)射、接收電波，通過計(jì)算飛行器距地球距離和電波傳輸速度對(duì)飛行器位置進(jìn)行測(cè)量。神七成功發(fā)射后，我們對(duì)地面站測(cè)控設(shè)備進(jìn)行了一次大改造，現(xiàn)在的設(shè)備速度更快、測(cè)量精度更高，而且一臺(tái)
計(jì)算機(jī)可以完成以前9個(gè)機(jī)柜才能完成的工作。為了適應(yīng)此次航天任務(wù)有天宮一號(hào)、神舟九號(hào)兩艘飛行器這一特殊性，我們的地面站測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)這兩個(gè)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)控。”陳建民介紹。
時(shí)間精度：3170年不能差一秒
“時(shí)間對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)來說是非常嚴(yán)格的，由于飛船的速度非常高，大家都知道，低宇宙速度是每秒7.8公里，也就是說，7.8公里/秒才能離開地球。在這個(gè)高度上維系它的運(yùn)行至少要達(dá)到8公里/秒左右，軌道越高，它的速度就越高，也就是相當(dāng)于一小時(shí)是2.8萬公里，這個(gè)速度是非常快的。也就是說，差之毫厘，失之千里，絕對(duì)是不過分的。”陳建民說。
整個(gè)測(cè)控網(wǎng)，需要把整個(gè)時(shí)間同步到一個(gè)時(shí)鐘上，這就相當(dāng)于日常的對(duì)表。這個(gè)表的精度有多高呢？是10的11次方。大約相當(dāng)于3170年不能差一秒。
中國電子科技集團(tuán)公司負(fù)責(zé)為神九提供“時(shí)統(tǒng)設(shè)備”。就像打仗的時(shí)候，指揮員總是要求大家“對(duì)表”，這就要求有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間，確定一個(gè)時(shí)間之后，要求大家是同步的。如何做到時(shí)間的統(tǒng)一，由時(shí)統(tǒng)設(shè)備“做主”。
天地通訊：“鄉(xiāng)間小路”變成了“高速公路”
航天員在手動(dòng)操作實(shí)施交會(huì)對(duì)接過程中看到電視圖像，聽到來自地面的聲音，這主要得益于通信系統(tǒng)的暢通無阻。飛行器、地面測(cè)控站點(diǎn)、指揮控制中心在天地之間搭建了一張無形的天地通信網(wǎng)絡(luò)，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)各種通信測(cè)控?cái)?shù)據(jù)、指揮調(diào)度、通信話音和視頻等信息的順利傳輸。
“過去，宇航員看不到地面的圖像，而現(xiàn)在，天地之間、各地面站之間的通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化連接，邁入互聯(lián)互通新時(shí)代。”中國電子科技集團(tuán)公司高級(jí)工程師楊志國說。神九任務(wù)采用中繼
衛(wèi)星空——空——地傳輸鏈路，有了足夠的傳輸帶寬，大大提高了視頻通話的質(zhì)量。采用中繼
衛(wèi)星進(jìn)行通信和測(cè)控，不但對(duì)飛船覆蓋時(shí)間更長，而且數(shù)據(jù)傳輸更快、更有效。以往的幾次任務(wù)，都是通過S頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而中繼衛(wèi)星采用更高的頻段實(shí)現(xiàn)圖像、聲音的上傳下達(dá)。在承接任務(wù)時(shí)，中國電子科技集團(tuán)公司主動(dòng)把通訊設(shè)備設(shè)計(jì)指標(biāo)提高一倍，而在研制、
測(cè)試設(shè)備過程中，又把設(shè)計(jì)指標(biāo)提高一倍，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備性能翻兩番的跨越。
“這么說吧，如果把以往的通信比作“鄉(xiāng)間小路”，那現(xiàn)在的通信就是一條雙向“高速公路”，可以更快、更多地完成天地間的信息傳達(dá)。同時(shí)，采用更高頻段的信息傳輸質(zhì)量有很大提高，現(xiàn)在傳輸?shù)漠嬅婵梢枣敲栏咔咫娨暜嬅妫曇羟逦潭瘸^日常電話通話質(zhì)量。”楊志國風(fēng)趣地打了個(gè)比方。
在神舟九號(hào)與天宮一號(hào)對(duì)接過程中，每秒的數(shù)據(jù)都很重要，這就要求傳輸網(wǎng)絡(luò)要絕對(duì)可靠。中國電子科技集團(tuán)公司高級(jí)工程師盧華斌說：“民用的IP網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，會(huì)出現(xiàn)‘丟包’的現(xiàn)象，即數(shù)據(jù)丟失，只是一般發(fā)現(xiàn)不了罷了，而這樣的事情絕對(duì)不能在飛船飛天后發(fā)生，因?yàn)檫@樣就會(huì)導(dǎo)致指令不對(duì)或是連接中斷，所以‘丟包率’必須為零。”此次神九飛天過程中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、線路都有備份，并且是“熱備份”，即兩條網(wǎng)絡(luò)同時(shí)“工作”，確保數(shù)據(jù)傳輸萬無一失。
