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要闻 | 54所深空测控网“照亮”嫦娥五号探月返回之路

要闻 | 54所深空测控网“照亮”嫦娥五号探月返回之路

编者按

嫦娥应悔偷灵药,碧海青天夜夜心。

今天,11月24日4时30分,文昌卫星发射基地,长征五号遥五运载火箭承载着嫦娥五号探测器拔地而起飞往月球,并将在23天后带回月球上的“第一抔土”。在整个过程中,54所编织深空测控网,“照亮”了嫦娥五号的探月返回之旅。

中国古老的飞天梦想一朝实现,嫦娥再也不用闭守广寒宫,若有知,嫦娥仙子是否愿搭乘嫦娥五号,再回故土?

“照亮”嫦娥五号探月返回之路

——54所保驾嫦娥五号任务

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54所研发多型测控系统,自主研制的我国首个深空天线组阵系统,发挥航天测控科技创新优势,大幅提升了数据接收能力、探测距离和接收灵敏度,打造了一张密实的深空测控“天罗地网”,为为嫦娥五号任务执行全过程提供坚实的测控和通信技术保障。

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首个深空天线组阵系统迎来“正式首秀”,为我国首次月球轨道交会对接保驾护航

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嫦娥五号发射成功后,将执行月球采样返回任务,本次任务将实现月球采样、月面起飞、月球轨道交会对接等关键步骤。其中嫦娥五号执行完月球采样任务后,将从月面起飞,与在月球轨道等待她的返回舱进行交会对接。这是我国首次进行月球轨道的交会对接。38万公里距离的月球轨道交会对接,对测控系统能力提出了更大的挑战。

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▲54所技术人员在天线组阵系统建设现场

“首先是测量控制的精度,因为距离远,所以测控的误差要很小,否则,一点点误差传到38万公里外都将会变得很大,从而导致交会对接失败;其次是测控实时性要求高,为解决远距离导致的测控指令传输延时,测控任务就要做到预测更准,精准地判断并预测飞行器的位置和传输速度,提前下达测控指令。”采用组阵技术,是国际公认的解决深空探测难题的技术途径,54所测控专家介绍,作为总体单位,54所承研了喀什4×35米天线组阵系统的建设,这是我国首套可用于深空探测任务的天线组阵系统。建成后,它既能满足本次任务需求,同时也能满足后续火星探测任务的需求。目前4×35米深空天线组阵系统已正式启用,直接投入到“天问一号”及嫦娥五号任务中。

据介绍,深空天线组阵系统包含3个新建的深空测控系统和原35米深空测控系统,4个深空测控系统可实现单天线或任意个数天线组阵,从深度和广度上都大大提升了我国深空测控能力。

4×35米天线组阵系统实现了多项技术创新,通过新技术应用提高了系统接收信号的灵敏度,保证了系统时频信号的高精度和稳定性,大幅提升了解调性能并增强了系统使用的灵活性。相比原35米天线系统,这些技术创新,极大提高了接收信息的速率,大大提升了信息传输的带宽,使信息采集和信息传输更加逼真,清晰度更高,速度更快,可以为“嫦娥5号”任务的高速信息传输提供更有力的保障。

本次任务中,54所还对原有35米深空测控系统进行了深空任务适应性改造,极大地优化了频率步进,大大提高了测控系统的测量精度,满足了嫦娥五号任务月球轨道交会对接对测控提出的跟踪、测速与测距精度的高要求。

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提高系统运行效率,满足深空探测任务长时长期的需求

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针对深空任务测控时间长、工作模式复杂以及可靠性要求高的特点,54所技术人员做了新的技术探索。在深空探测天线组阵系统中,他们采用了全新的系统监控框架设计,使系统应用更灵活,实现了有人值守,无人操作的工作模式,系统性能更加优越,运行更加高效,状态更加稳定;同时,在35米天线的改造任务中,54所技术人员重点优化了系统的自动运行和故障诊断设计,从而极大的提高了系统运行效率和可靠性,能够为后续嫦娥5号任务长时长期提供可靠的测控通信支持。
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54所技术人员正在进行设备调试和研发

在组阵系统综合运行管理设计中,54所更是凭借强大的总体设计优势,统筹考虑了系统单天线工作、多天线组阵等不同应用场景,以资源重组为核心,加强了全系统复杂任务调度和自动运行设计,为用户提供了适用各类复杂深空任务场景、应用灵活、功能强大的完整系统。据悉,单天线模式可以支持多个深空目标的多频段多频点同时测控;组阵模式可以完成对火星及以远目标的测控,是目前我国测控精度和接收灵敏度最高的深空测控系统,四天线组阵时超过66米口径天线的数据接收能力,测控距离超过4亿km。

据专家介绍,该天线组阵系统具备灵活的多任务资源调配能力,它的建成及使用极大地提升了中国深空远距离测控通信能力,增强了我国深空测控网的综合能力,火星探测任务和月球探测任务可同时开展,使得深空测控网进入多目标多任务高强度时代。

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54所研发深空测控网,保驾历次深空探测任务

“嫦娥五号”任务是我国月球探测“绕、落、回”三步走计划中的最后一步,也是状态最为复杂的一次探月任务。54所作为总体单位研制的喀什35米深空测控系统、海外35米深空测控系统和4×35米深空组阵系统联袂出征,为我国迄今为止最为复杂的月球采样返回任务提供了强大的测控和通信保障,为我国深空探测领域谱写了崭新的篇章。

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记者:庄芳,通讯员:马朝霞


本文转载自《中国电科五十四所》

原文始发于微信公众号(两弹一星历史研究会):要闻 | 54所深空测控网“照亮”嫦娥五号探月返回之路

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