測(cè)軌、定軌彰顯技術(shù)創(chuàng)新

　　10月24日18：05，嫦娥一號(hào)從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空；

　　10月25日，衛(wèi)星首次變軌；10月31日，衛(wèi)星變軌奔月；

　　11月4日18時(shí)，衛(wèi)星飛至距地面高度38萬(wàn)公里處，以每秒300多米的速度飛向月球捕獲點(diǎn)；

　　11月5日11時(shí)，衛(wèi)星實(shí)施第一次近月制動(dòng)，距地面高度約為39萬(wàn)公里；

　　11月6日，衛(wèi)星第二次制動(dòng)；

　　11月7日，衛(wèi)星第三次近月制動(dòng)，進(jìn)入環(huán)月工作軌道……

　　在這個(gè)嫦娥一號(hào)的奔月日程表里，每一步都不容小覷。我們?nèi)绾芜b測(cè)40萬(wàn)公里之外的衛(wèi)星動(dòng)態(tài)，如何將指令在最短的時(shí)間內(nèi)傳達(dá)給“嫦娥”，測(cè)軌、定軌都是難題。

　　最讓研制人員緊張的是，不只是有測(cè)軌、定軌技術(shù)上的難關(guān)亟待攻破，還有軌道控制可靠性要求非常高。在繞月探測(cè)工程中，軌道控制次數(shù)多，條件苛刻，并且，由于地—月—衛(wèi)星時(shí)空關(guān)系的限制，在地球飛往月球的途中只有單次機(jī)會(huì)實(shí)施軌控，軌道控制只能成功不能失敗。

　　面對(duì)深空測(cè)控的難題，針對(duì)我國(guó)航天測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，北京跟蹤與通信技術(shù)研究所的科技人員首次提出了利用“USB＋VLBI”聯(lián)合測(cè)軌的方法，提高定軌精度。

　　首先，提高USB測(cè)控系統(tǒng)的能力。天線的口徑和探測(cè)距離成正比，增大天線口徑可以增加探測(cè)距離。因此在USB測(cè)控系統(tǒng)中增建了18米單收天線，改善了原有設(shè)備系統(tǒng)的性能，使地面站作用距離從地球范圍延伸到月球范圍。

　　其次，在航天測(cè)控領(lǐng)域引入天文測(cè)量技術(shù)。為了進(jìn)一步滿(mǎn)足深空測(cè)控的要求，科技工作者又想到了天文測(cè)量技術(shù)。天文測(cè)量使用的射電望遠(yuǎn)鏡能夠接收遙遠(yuǎn)星系的射電源發(fā)出的寬帶微波輻射信號(hào)。雖然也叫“望遠(yuǎn)鏡”，但射電望遠(yuǎn)鏡并不是通常概念下的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。它是由大口徑天線、低噪聲接收機(jī)和寬帶記錄裝置組成的無(wú)線電接收系統(tǒng)。

　　但是，單個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)軌、定軌，必須將兩個(gè)以上的射電望遠(yuǎn)鏡組合起來(lái)。其基本原理是，通過(guò)設(shè)在不同位置的天線，接收同一無(wú)線電信號(hào)，計(jì)算信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線的時(shí)間差，確定射電源相對(duì)于兩個(gè)天線的角度。通過(guò)三個(gè)不在一條直線上的天線，就可以確定射電源所在的方向。這種測(cè)量方法稱(chēng)為甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VLBI。它通過(guò)無(wú)線電波干涉的方法，將間隔數(shù)百乃至數(shù)千公里的口徑較小的射電望遠(yuǎn)鏡合成為巨大的綜合口徑望遠(yuǎn)鏡，兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡之間的距離稱(chēng)為基線，基線越長(zhǎng)，VLBI就能獲得更高的分辨率，是目前分辨率最高的天文觀測(cè)技術(shù)。

　　VLBI系統(tǒng)一直用于天文觀測(cè)，主要應(yīng)用于對(duì)射電星的研究，利用這一原理，可以通過(guò)射電望遠(yuǎn)鏡接收衛(wèi)星上發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，確定深空中衛(wèi)星的角位置，并對(duì)與衛(wèi)星鄰近的標(biāo)校星同時(shí)觀測(cè)，可以進(jìn)一步提高對(duì)衛(wèi)星角位置測(cè)量的精度。

　　USB+VLBI方案是以我國(guó)S頻段航天測(cè)控網(wǎng)為主，輔以中國(guó)科學(xué)院的VLBI天文測(cè)量系統(tǒng)，突破了VLBI系統(tǒng)原有的“事后處理”的天文觀測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理，解決了“嫦娥”衛(wèi)星遠(yuǎn)程測(cè)控和高精度測(cè)軌、定軌的難題。

　　將天文測(cè)量技術(shù)與航天測(cè)控相結(jié)合，是嫦娥一號(hào)整個(gè)測(cè)控過(guò)程中非常關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新。董光亮將之總結(jié)為“最小的經(jīng)濟(jì)投入，解決了我國(guó)繞月探測(cè)工程的測(cè)定軌關(guān)鍵技術(shù)”，是“集成創(chuàng)新取得的成功”。

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