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神舟十一号航天员靠什么,小编国天链一号对接

发布时间:2019-08-13 05:40编辑:生命科学浏览(97)

    神舟十一号航天员靠哪些“神器”收发信息?

    澳门威斯尼斯人娱乐网 1 “天链一号”卫星三星组网示意图(吴宛晔制作)

    10月19日凌晨,天宫二号与神舟十一号顺利牵手,标志着此次载人发射任务又完成关键一环。在轨飞行的30天里,航天员景海鹏、陈冬的工作与生活都离不开对各类信息的接受和发送。

      “天链一号01星”“天链一号02星”“天链一号03星”实现组网运行,将使我国航天测控覆盖率提升到近100%

    中国航天科技集团五院(以下简称“航天五院”)西安分院承担了多项航天员收发信息关键技术的研发。景海鹏和陈冬将依靠中继终端、天线网络以及仪表控制器应用软件等高科技“神器”完成包括交会对接等在内的各项重要任务。

      三星组网:中国“天链”耳聪目明

    搭建太空“天路”

      ——访中国载人航天工程测控通信系统副总指挥黄惠明

    为确保在轨飞行的神舟十一号飞船与地面保持实时畅通,航天五院西安分院科研人员研制了中继终端。通过与中继卫星“天链一号”实现“太空握手”,中继终端成为天基测控的重要终端。这样,地面与卫星、卫星与飞船见的太空“天路”搭建起来。

      记者 张晓祺 特约记者 张利文 董英隼

    科研人员向《中国科学报》记者介绍,当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星“天链一号”,这样就完成了中继终端对“天链一号”的捕获跟踪,并向中继卫星发送数据,从而建立了从神舟十一号飞船到中继卫星、再到地面站的数据传输链路。

      【核心提示】

    特别是在交会对接过程中,通过中继终端所搭建的天基测控通信系统,能够对天宫二号和神舟十一号飞船实现同时测控、同时进行高速数据传输,所建立的星间链路可以实时想地面传输交会对接画面。

      细腻的画质,清晰的图像,流畅的话音……相信电视机前收看新闻的每一位观众,都会感受到我国首次载人交会对接任务中天地通信发生的巨大变化。音画传情,咫尺天涯,正是神奇的中继卫星系统,让天地之间不再遥远。从进入太空那一刻起,神舟九号3位航天员在舱内穿梭、实验的场景,甚至吃饭、休息的瞬间,都能在地面通信系统显示屏上尽收眼底。

    据悉,中继终端的应用使我国的天基测控通信得以成为现实。除了在我国在人航天领域应用之外,中继终端在对地观测、资源或国土普查、环境与灾害监测等多种航天器上使用,为我国空间信息传输搭建了重要桥梁。

      7月25日23时43分,我国第三颗中继卫星“天链一号03星”在西昌卫星发射中心成功发射升空,标志着中国中继卫星系统迈入全球组网运行阶段。什么是中继卫星?中继卫星有何功能?中继卫星给载人航天工程带来哪些新变化?记者为此专访了中国载人航天工程测控通信系统副总指挥、北京空间信息中继传输技术研究中心主任黄惠明。

    设计收发信息的“集散地”

      ■伴随着人类探索太空的铿锵步履,“卫星的卫星”应运而生

    在神舟十一号飞船中,有一个长、宽、高分别仅有20厘米、20厘米和9厘米大小的产品。虽然“个头小”,但它却是航天员在太空中收发信号的枢纽。这便是“天线网络”。

      记者:科学家形象地将中继卫星称作“卫星的卫星”,请您介绍一下中继卫星的基本概念?

    航天五院西安分院的科研人员向《中国科学报》记者打了个生动的比方:“如果将天线网络比作快递中转站的话,那么转进和转出的‘快件’,就代表神舟十一号飞船上一路路的信号。”飞船上10余副天线的信号接收和发送都通过天线网络来提供信号通路。

      黄惠明:在距地球数百公里外的太空中运行着成百上千个航天器,这些航天器犹如人们放入太空中的“风筝”,而控制这些航天器的“无形之手”,就是航天测控。一个国家无论在地面建了多少个测控站,造了多少艘海上测量船,都不能完全满足大型航天任务跟踪测控的需要。在太空中建立卫星观测与数据中继传输系统,是航天强国的必由之路。

    对于研制团队而言,最大的技术难度在于如何缩小天线网络设备的体积。基于西安分院在“微波无源介质双工器“方面的研制能力,研制人员共同攻关设计出了适合于天线网络应用的“介质双工器”。

      中继卫星是伴随人类探索太空的铿锵步履逐步发展起来的新型空间信息传输系统,堪称航天测控的革命性成果。其主要功能是进行空天数据中继,相当于把地面测控站搬到距离地面36000公里的地球同步轨道,为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。

    “按照常规设计,每个通道需要设备上的三个腔体来实现信号的畅通,那么两路信号则需要六个通道来实现。”科研人员表示。那么,天线网络的体积必然会超出预定目标。最终,科研人员创造性地为两个通道设置了由三个膜组成的公共腔体,仅用了三个腔体就实现了两路信号的通路,使天线网络的体积减少至原有体积的三分之一。

      作为在太空中运行的数据“中转站”,中继卫星与传统地基测控相比,具有“站得更高、看得更远”的优势。与通信卫星不同,中继卫星主要捕获跟踪在轨运行的高速动态目标,能使资源卫星、环境卫星等获取的数据实时下传,极大提升了各类卫星的使用效益。

    打造高效智能的“太空APP”

      记者:中继卫星的工作原理是什么?

    在电脑和手机中,一款好的软件和APP会极大地提高使用效率。神舟十一号飞船上,当航天员点击仪表下方“姿态综显”按钮后,与飞船相关的开机时间、轨道控制时间、飞行速度等近20项信息都显示在屏幕上,航天员通过这些数据来判断飞船的状态。这便是一款称为“仪表控制器应用软件”的智能APP。

      黄惠明:中继卫星系统由位于地球同步轨道的中继卫星、地面系统和用户终端3部分组成。“中继”的概念,就是传递地面应用系统和用户终端之间的信号,类似于“用手机转发短信”。具体而言,中继卫星将地面系统发射的遥控指令等数据转发给用户终端,用户终端接收、解调遥控指令,并按照指令规定内容做出响应,同时返向传输其自身数据,中继卫星接收到这些信号后,再反馈给地面系统。

    负责开发该软件的航天五院西安分院科研人员张赤萍介绍,这款软件使用C语言编写,由4万多行代码组成,因其采用了嵌入式平台,在实时性和可靠性方面具有明显优势。

      记者:请您介绍一下我国中继卫星系统的建设发展概况?

    据了解,软件中不仅汇集了神舟十一号飞船14个分系统的所有数据,而且能够显示与飞船和航天员相关的54幅页面图,还能够为飞船的自主应急返回寻找最佳的落点。“有了这样一款智能的太空APP,航天员就可以一目了然地掌握自己和神舟飞船的所有情况。”张赤萍告诉《中国科学报》记者。

      黄惠明:2003年1月,我国第一代中继卫星系统工程正式立项,第一颗中继卫星被命名为“天链一号01星”。2008年4月25日,“天链一号01星”成功发射并顺利在轨运行,使我国成为继美国、俄罗斯、欧洲和日本之后世界上第五个拥有中继卫星的国家。在神舟七号任务中,“天链一号01星”得到成功试验验证,突破了高动态条件下的天基测控和数据中继技术,实现了我国航天测控由陆海基向天基的跨越。

    同时,遵循人机工效学的设计原理,太空APP还为航天员提供了清晰、直观、舒适的显示界面,飞船全姿态图、彩色世界地图、交会对接画面等与神舟十一号飞船相关的54组画面都能显示。

      2011年7月11日,“天链一号02星”发射成功并与“天链一号01星”组网运行。在天宫一号与神舟八号、神舟九号交会对接任务中,中继卫星系统作为我国陆海天基三位一体载人航天测控通信网的重要组成部分,发挥了举足轻重的作用,使航天测控覆盖率从18%提升到近70%。

    据悉,在未来的空间任务中,科研人员还将根据需要开发娱乐功能界面,为航天员的太空之旅缓解精神压力。

      “天链一号03星”与“天链一号01星”“天链一号02星”实现组网运行后,将使我国航天测控覆盖率提升到近100%,基本消除航天器测控盲区,这标志着我国正式建成比较完备的第一代中继卫星系统。

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      记者:中国载人航天工程举世瞩目、举国关注,中继卫星系统的加入,带来了哪些新变化?

    澳门威斯尼斯人娱乐网,  黄惠明:如果把过去的载人航天天地通信比作“乡间小路”,那么中继卫星参加后的天地通信就是一条“双向高速公路”,可以更快更高效地完成信息传达。

      中继卫星系统具有高码速率、高动态、高轨道覆盖率的优势,提升了飞船和天宫一号的测控覆盖率和数据传输能力,增强了空间交会对接任务实施的安全性和可靠性,为实施手控交会对接、开展空间科学实验等提供了稳妥高效的天基测控通信保障。

      记者:前不久,天宫一号与神舟九号载人交会对接任务获得圆满成功,中继卫星发挥了哪些作用?

      黄惠明:神舟六号任务中,聂海胜在太空能听到女儿为他唱《生日快乐歌》,却不能看到女儿可爱的笑脸。神舟七号任务中,翟志刚手举五星红旗向全国人民送来问候,却看不到战友关切的目光。而神舟九号任务中,航天员景海鹏、刘旺、刘洋不仅能够与地面进行双向视频通话,还能通过中继卫星发送和接收电子邮件,使天地之间沟通交流方式更加多样化。

      记者:我国在中继卫星系统建设发展过程中有哪些创新性工作?

      黄惠明:创新是中国航天事业持续发展的灵魂,自动化智能化是航天测控系统的发展趋势。作为中继卫星的控制管理单位,北京空间信息中继传输技术研究中心面临“长期卫星管理、长期执行任务”的双长工作模式以及“系统建设、任务准备”两线作战态势,始终坚持用技术创新促进卫星管理的自动化、智能化。

      24小时不间断管理3颗中继卫星,执行数十个天基测控和数据中继任务,自动化智能化是必然选择。为此,北京空间信息中继传输技术研究中心设计了卫星控制脚本及自动化调度模板,建立了稳定可靠的自动化运行模式,系统内上百套设备均实现了“有人值守、无人操作”。中心还开发研制出系统自动化运行监视软件和卫星故障自动诊断系统,有效缩短了异常状态的发现、判断和处置时间。

      记者:最后请您前瞻一下中继卫星系统的应用前景?

      黄惠明:随着我国航天事业不断发展,大力发展中继卫星系统,实现航天测控通信天基与地基网络一体化是大势所趋。中国3颗中继卫星组网运行,将为我国神舟飞船、空间实验室、空间站及中低轨道资源卫星提供全时段的数据中继和测控服务,无论经济效益还是使用效率都将发生质的飞跃。

      此外,航天器在太空中出现故障,抢救时机往往以秒计算。随着中国发射卫星数量的增多,故障率不可避免,中继卫星投入应用后,将使航天器的故障及早发现、尽早解决。资源卫星、环境卫星等应用卫星获得的科学数据,要在卫星经过地面测控站上空时才能下传使用,如果突发重大自然灾害,就会失掉最佳的应对处置时机。中继卫星可使各类卫星实现数据的实时下传、及时应用,成为应用卫星的效能“倍增器”。

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