测控通信：为手动交会对接保驾护航
中国电科
“神舟五号飞天时，我们说‘杨利伟驾驶着飞船’。其实这是不准确的，应该是杨利伟‘乘坐’着飞船。这次神舟九号，航天员要手动完成飞船与天宫的交会对接，这才是真正的‘驾驶’着飞船。”中国电子科技集团公司研究员级高级工程师、测控通信专家陈建民说。
航天员在‘驾驶’飞船实施交会对接的过程中，要看着电视图像，根据实时传输的数据，如距离、高度、轴线差别、相对速度等，让两个航天器一点点逼近，根据仔细计算决定速度变化方案，完成交会对接。航天员手动操作时掌握的信息源自哪里呢？这就要靠神舟九号的测控与通信系统来完成。
“就是对火箭、飞船进行遥控、通信以及听诊！”中国电子科技集团公司科研人员赵晓虎这样形容测控通信系统的功能。“遥控，就是控制飞船的运行；听诊，就是测量飞船在整个过程中的轨道运行参数，包括飞船空间距离、角度、速度、运行轨迹等在内的重要数据；而通信，则是保障飞船与地面指控中心之间各种数据、指挥调度、天地通信话音和视频等信息的顺利传输。”这些测控通信设备的设立，就像一张密实的蜘蛛网，实现了天与地、指挥中心与各个地面站点以及海上测控站点之间的有效连接和协同控制。
空间精度：误差不超过1毫米
“要想成功交会对接，需要通过天地之间的遥测，高精度定轨，必须知道“天宫”一号的仓口在哪儿，“神舟”九号的仓口在哪，要对准，误差不超过1毫米。这就对中国电科负责的地面监测站提出了极高的要求。”陈建民说。
太空中的“天宫”一号目标飞行器和“神舟”九号飞船都是高速运行的，时速达到28000公里以上。在对接过程中，一个很小的误差，也会让飞船抛向离目标飞行器很远的地方，或者，期待的“接吻”会变成可怕的“追尾”。
飞船在宇宙高速飞行，要求精度极高，地面监测站需要实时对飞船进行测控。 “地面站会不断发射、接收电波，通过计算飞行器距地球距离和电波传输速度对飞行器位置进行测量。神七成功发射后，我们对地面站测控设备进行了一次大改造，现在的设备速度更快、测量精度更高，而且一台计算机可以完成以前9个机柜才能完成的工作。为了适应此次航天任务有天宫一号、神舟九号两艘飞行器这一特殊性，我们的地面站测控系统实现了同时对这两个目标进行测控。”陈建民介绍。
时间精度：3170年不能差一秒
“时间对于测控系统来说是非常严格的，由于飞船的速度非常高，大家都知道，低宇宙速度是每秒7.8公里，也就是说，7.8公里/秒才能离开地球。在这个高度上维系它的运行至少要达到8公里/秒左右，轨道越高，它的速度就越高，也就是相当于一小时是2.8万公里，这个速度是非常快的。也就是说，差之毫厘，失之千里，绝对是不过分的。”陈建民说。
整个测控网，需要把整个时间同步到一个时钟上，这就相当于日常的对表。这个表的精度有多高呢？是10的11次方。大约相当于3170年不能差一秒。
中国电子科技集团公司负责为神九提供“时统设备”。就像打仗的时候，指挥员总是要求大家“对表”，这就要求有一个统一的时间，确定一个时间之后，要求大家是同步的。如何做到时间的统一，由时统设备“做主”。
天地通讯：“乡间小路”变成了“高速公路”
航天员在手动操作实施交会对接过程中看到电视图像，听到来自地面的声音，这主要得益于通信系统的畅通无阻。飞行器、地面测控站点、指挥控制中心在天地之间搭建了一张无形的天地通信网络，通过这个网络可以实现各种通信测控数据、指挥调度、通信话音和视频等信息的顺利传输。
“过去，宇航员看不到地面的图像，而现在，天地之间、各地面站之间的通讯系统实现了网络化连接，迈入互联互通新时代。”中国电子科技集团公司高级工程师杨志国说。神九任务采用中继卫星空——空——地传输链路，有了足够的传输带宽，大大提高了视频通话的质量。采用中继卫星进行通信和测控，不但对飞船覆盖时间更长，而且数据传输更快、更有效。以往的几次任务，都是通过S频段进行数据传输，而中继卫星采用更高的频段实现图像、声音的上传下达。在承接任务时，中国电子科技集团公司主动把通讯设备设计指标提高一倍，而在研制、测试设备过程中，又把设计指标提高一倍，实现了设备性能翻两番的跨越。
“这么说吧，如果把以往的通信比作“乡间小路”，那现在的通信就是一条双向“高速公路”，可以更快、更多地完成天地间的信息传达。同时，采用更高频段的信息传输质量有很大提高，现在传输的画面可以媲美高清电视画面，声音清晰程度超过日常电话通话质量。”杨志国风趣地打了个比方。
在神舟九号与天宫一号对接过程中，每秒的数据都很重要，这就要求传输网络要绝对可靠。中国电子科技集团公司高级工程师卢华斌说：“民用的IP网络在进行数据传输的时候，会出现‘丢包’的现象，即数据丢失，只是一般发现不了罢了，而这样的事情绝对不能在飞船飞天后发生，因为这样就会导致指令不对或是连接中断，所以‘丢包率’必须为零。”此次神九飞天过程中，网络设备、线路都有备份，并且是“热备份”，即两条网络同时“工作”，确保数据传输万无一失。
航天员在‘驾驶’飞船实施交会对接的过程中，要看着电视图像，根据实时传输的数据，如距离、高度、轴线差别、相对速度等，让两个航天器一点点逼近，根据仔细计算决定速度变化方案，完成交会对接。航天员手动操作时掌握的信息源自哪里呢？这就要靠神舟九号的测控与通信系统来完成。
“就是对火箭、飞船进行遥控、通信以及听诊！”中国电子科技集团公司科研人员赵晓虎这样形容测控通信系统的功能。“遥控，就是控制飞船的运行；听诊，就是测量飞船在整个过程中的轨道运行参数，包括飞船空间距离、角度、速度、运行轨迹等在内的重要数据；而通信，则是保障飞船与地面指控中心之间各种数据、指挥调度、天地通信话音和视频等信息的顺利传输。”这些测控通信设备的设立，就像一张密实的蜘蛛网，实现了天与地、指挥中心与各个地面站点以及海上测控站点之间的有效连接和协同控制。
空间精度：误差不超过1毫米
“要想成功交会对接，需要通过天地之间的遥测，高精度定轨，必须知道“天宫”一号的仓口在哪儿，“神舟”九号的仓口在哪，要对准，误差不超过1毫米。这就对中国电科负责的地面监测站提出了极高的要求。”陈建民说。
太空中的“天宫”一号目标飞行器和“神舟”九号飞船都是高速运行的，时速达到28000公里以上。在对接过程中，一个很小的误差，也会让飞船抛向离目标飞行器很远的地方，或者，期待的“接吻”会变成可怕的“追尾”。
飞船在宇宙高速飞行，要求精度极高，地面监测站需要实时对飞船进行测控。 “地面站会不断发射、接收电波，通过计算飞行器距地球距离和电波传输速度对飞行器位置进行测量。神七成功发射后，我们对地面站测控设备进行了一次大改造，现在的设备速度更快、测量精度更高，而且一台计算机可以完成以前9个机柜才能完成的工作。为了适应此次航天任务有天宫一号、神舟九号两艘飞行器这一特殊性，我们的地面站测控系统实现了同时对这两个目标进行测控。”陈建民介绍。
时间精度：3170年不能差一秒
“时间对于测控系统来说是非常严格的，由于飞船的速度非常高，大家都知道，低宇宙速度是每秒7.8公里，也就是说，7.8公里/秒才能离开地球。在这个高度上维系它的运行至少要达到8公里/秒左右，轨道越高，它的速度就越高，也就是相当于一小时是2.8万公里，这个速度是非常快的。也就是说，差之毫厘，失之千里，绝对是不过分的。”陈建民说。
整个测控网，需要把整个时间同步到一个时钟上，这就相当于日常的对表。这个表的精度有多高呢？是10的11次方。大约相当于3170年不能差一秒。
中国电子科技集团公司负责为神九提供“时统设备”。就像打仗的时候，指挥员总是要求大家“对表”，这就要求有一个统一的时间，确定一个时间之后，要求大家是同步的。如何做到时间的统一，由时统设备“做主”。
天地通讯：“乡间小路”变成了“高速公路”
航天员在手动操作实施交会对接过程中看到电视图像，听到来自地面的声音，这主要得益于通信系统的畅通无阻。飞行器、地面测控站点、指挥控制中心在天地之间搭建了一张无形的天地通信网络，通过这个网络可以实现各种通信测控数据、指挥调度、通信话音和视频等信息的顺利传输。
“过去，宇航员看不到地面的图像，而现在，天地之间、各地面站之间的通讯系统实现了网络化连接，迈入互联互通新时代。”中国电子科技集团公司高级工程师杨志国说。神九任务采用中继卫星空——空——地传输链路，有了足够的传输带宽，大大提高了视频通话的质量。采用中继卫星进行通信和测控，不但对飞船覆盖时间更长，而且数据传输更快、更有效。以往的几次任务，都是通过S频段进行数据传输，而中继卫星采用更高的频段实现图像、声音的上传下达。在承接任务时，中国电子科技集团公司主动把通讯设备设计指标提高一倍，而在研制、测试设备过程中，又把设计指标提高一倍，实现了设备性能翻两番的跨越。
“这么说吧，如果把以往的通信比作“乡间小路”，那现在的通信就是一条双向“高速公路”，可以更快、更多地完成天地间的信息传达。同时，采用更高频段的信息传输质量有很大提高，现在传输的画面可以媲美高清电视画面，声音清晰程度超过日常电话通话质量。”杨志国风趣地打了个比方。
在神舟九号与天宫一号对接过程中，每秒的数据都很重要，这就要求传输网络要绝对可靠。中国电子科技集团公司高级工程师卢华斌说：“民用的IP网络在进行数据传输的时候，会出现‘丢包’的现象，即数据丢失，只是一般发现不了罢了，而这样的事情绝对不能在飞船飞天后发生，因为这样就会导致指令不对或是连接中断，所以‘丢包率’必须为零。”此次神九飞天过程中，网络设备、线路都有备份，并且是“热备份”，即两条网络同时“工作”，确保数据传输万无一失。