1.肯尼迪航天中心:位于美国东部佛罗里达州东海岸的梅里特岛,成立于1962年7月,是美国宇航局(NASA)进行载人与不载人航天器测试、准备和实施发射的最重要场所。
2.西部航天和导弹试验中心:西部航天和导弹试验中心位于美国西部洛杉矶北面的西海岸,成立于1964年5月,是美国最重要的军用航天发射基地,主要用于战略导弹武器试验,武器系统作战试验和发射各种军用卫星、极地卫星等,航天发射次数居全美之首。西部航天和导弹试验中心(美)
3.拜科努尔航天控制中心:建于1955年的拜科努尔航天发射场位于哈萨克斯坦拜克努尔市西南288公里处,是前苏联最大的导弹和各种航天飞行器发射场地.
4.普列谢茨克航天发射阵地:建于1957年的普列谢茨航天发射中心位于俄罗斯白海以南300公里的阿尔汉格尔斯克地区,主要用于发射大倾角的侦察、电子情报、导弹预警、通信、气象和雷达校准卫星,是世界上发射卫星最多的发射场,发射次数占全世界总数一半以上。
5.酒泉卫星发射中心:建于1958年的酒泉卫星发射中心场景位于我国甘肃省酒泉以北的戈壁滩上,是利用长征系列火箭发射大倾角、中低轨道的各种试验卫星和应用卫星的主要基地。斯里哈里科塔发射场
6.西昌卫星发射中心:建成于1983年的西昌卫星发射中心位于我国四川省西昌市西北的幽深峡谷中,专门用于发射地球静止卫星。
7.种子岛航天中心:建成于1974年位于日本本土最南部种子岛南端的种子岛航天中心,主要用于发射试验卫星和应用卫星。
8.库鲁发射场:建成于1971年的库鲁发射场位于南美洲北部法属圭亚那中部的库鲁地区,是目前法国唯一的航天发射场所,也是欧空局(ESA)开展航天活动的主要场所。
9.圣马科发射场:圣马科技发射场启用于1967年位于肯尼亚福莫萨湾海岸约5公里的海上,是世界是唯一的海上航天发射场,曾多次用美国的“侦察兵”火箭发射小型航天飞行器。
10.斯里哈里科塔发射场:斯里哈里科塔发射场在1977年正式使用,它位于印度南部东海岸的斯里哈里科塔岛,是印度的导弹试验和卫星发射场。
航天测控系统
发展概况
对运行中的航天器(运载火箭、人造地球卫星、宇宙飞船和其他空间飞行器)进行跟踪、测量和控制的大型电子系统的就是航天测控系统。第二次世界大战以后不久,在火箭试验中就已采用某些光学和电子测量系统,例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。但是作为完整的航天测控系统,则是在人造地球卫星出现之后才逐步形成的。最早的较为完整的航天测控系统是美国航空航天局于1961年发射“水星”号载人飞船时使用的全球跟踪网。这个系统在全球布有16个跟踪站,其中14个站有雷达测量系统,15个站有遥测接收系统,6个站有遥控系统,14个站有对飞船的通信系统。每个站均有自己的时间统一系统,全系统的时间则与天文时间发播台的时号相比对而统一起来。测控中心设在戈达德航天中心,配有2台IBM-7090计算机作为实时计算、决策和控制之用。全系统靠全球性的通信网来相互连接,但其中相当一部分线路是租用的。随后,“阿波罗”号登月飞船、同步通信卫星、同步气象卫星和航天飞机相继发射,测控系统更趋完善,特别是实时控制方面的功能和自动化程度均有很大的提高。它不仅对近地卫星和飞船的测控系统外,而且还建立了对行星际探测的深空测控网。
系统的组成
在般天事业逐步发展的过程中,中国的航天测控系统也在逐渐发展,臻于完善。为了扩展观测范围,还建造了海上测量船,以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。在整个测控系统中使用了多台计算机,并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通信网络。
航天测控系统包括以下各种系统:
①跟踪测量系统:跟踪航天器,测定其弹道或轨道。
②遥测系统:测量和传送航天器内部的工程参数和用敏感器测得的空间物理参数。
③遥控系统:通过无线电对航天器的姿态、轨道和其他状态进行控制。
④计算系统:用于弹道、轨道和姿态的确定和实时控制中的计算。
⑤时间统一系统:为整个测控系统提供标准时刻和时标。
⑥显示记录系统:显示航天器遥测、弹道、轨道和其他参数及其变化情况,必要时予以打印记录。
⑦通信、数据传输系统:作为各种电子设备和通信网络的中间设备,沟通各个系统之间的信息,以实现指挥调度。
前3个系统,由地面的和装在航天器上的两部分电子设备组成。各种地面系统分别安装在适当地理位置的若干测控站(包括必要的测量船和测控飞机)和一个测控中心内,因此,航天测控网或称航天测控系统,就是通过通信网络相互联接而构成的整体。
总体设计
航天测控系统总体设计属于电子系统工程问题。对整个系统来说,首先考虑的是航天任务的要求,可以针对某一个任务,也可以兼顾多个任务,从较长远的发展要求来设计。航天测控系统的中心问题是从地面和航天器整体出发,实现信息获取,即将航天器的飞行和工作数据发回地面,并用计算机进行计算、决策和实施反馈来控制航天器飞行的轨道和姿态。因此,在总体设计中必须解决的问题有:①全系统所要具备的功能和实现这些功能的手段;②测控站布局的合理性;③控制的适时性和灵活性;④各种设备的性能、速度和精度;⑤长期工作的可靠性;⑥最低的投资和最短的建成时间。
跟踪测量、遥测和遥控系统是整个测控系统的基本部分。电子测控系统的优点是可以对航天器全天候跟踪,而且有较好的灵活性和足够的精度。从系统工程的角度来看,对航天器跟踪测量所得的数据,经过计算,可给出弹道、轨道或位置的信息;而遥测所提供的数据,经过处理、分析可给出航天器的状态信息;它们都是系统中反馈回路的重要信息源。遥控则是控制系统中的执行机构。
电子测量和控制系统的地面部分,必须与装在航天器上的电子设备相配合才能完成测控任务。对于测量,航天器上必须有相应的信标机或应答机,它们发回地面跟踪和测速用的射频信号,应答机还发回测距信息。对于遥测,航天器上必须有检测各种参数的传感器和发送这些参数的射频发射机。对于遥控,航天器上必须有指令接收机。因此,航天器上的和地面的两部分电子设备在设计时应该结合起来统一考虑。
为了提高测量的精确性和扩大信息的传输量,测控设备所用的无线电频率大部分已经提高到微波波段。为了减少航天器上电子设备的重量、体积,特别是要减少天线的数目,将各种测控功能适当地综合在一个统一的射频载波上是一个重要的发展。这种系统称为微波统一测控系统。中国研制的微波统一测控系统,灵活多用,可进行单站或多站测量。
系统的核心
整个测控系统的核心是计算系统。各个测控站和各个设备都可用自己的计算机来处理本站和本机的数据,而大数据量的计算以及根据计算结果进行分析和做出控制决策等,要集中到测控中心来做。因此,在测控中心应装有容量大、速度高的计算机,并能双工工作,以保证可靠性。在主机前端则可采用较小的计算机来进行数据的编辑、选择和预处理。主机的计算结果,一方面输入显示系统加以显示,以便指挥控制人员能据此作出决策;另一方面也可以由计算机在人的监视下进行自动分析、决策,直接选择控制参数,通过遥控信道发出指令。这些计算、分析、人-机对话和决策,都须依靠计算机软件系统来实现。因此,编制适当的软件,经过演练确认其正确性,定型后并在实际中使用,是测控系统在航天器发射和管理中的一项十分重要的工作。
系统的新发展
由于许多疆域较小的国家不具备在很大范围内布置相当数目的测控站的条件,所以从地面上对航天器跟踪测量和控制十分困难。从地面上对航天器跟踪测量和控制,往往需要在很大范围内布置相当数目的测控站,疆域较小的国家不具备这种条件。
为了解决这一困难,国际间的协作十分必要,为此需要使各国测控系统的频率和体制统一起来。70年代初期,美国发射“阿波罗”号登月载人飞船时,开始应用S波段(2吉赫频段)统一系统并经实践证明了这种系统的优越性。现在美国的地面测控网已逐步改建,采用S波段统一系统作为主要的测控手段。西欧和日本也采用了频段相同而体制类似的系统,并且已应用到不同类型的卫星和航天器上。各国的测控频率和体制的统一,有利于互相利用。这是航天测控系统的发展趋势。
对于较低轨道的卫星或其他航天器来说,一个地面测控站的跟踪范围毕竟有限,而设置测控站的数目又受到种种限制,不能无限增加。为了扩大跟踪范围,将测控站搬到同步定点卫星上,从35800公里的高空来观测低轨道卫星是解决这一困难的一个办法。1983年5月美国利用航天飞机发射的一颗跟踪与数据中继卫星(TDRS)是实现这个设想的第一步。两颗定点在赤道上空,经度相隔约140°的跟踪与数据中继卫星和一个相应的地面控制接收站组成跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。这种系统将能对多颗低轨卫星进行全球性不间断的跟踪、测控和数据中继。从测控的角度来看,系统的工作原理和微波统一测控系统类似。测控点站仍设在地面(但减少到一个),而两颗跟踪与数据中继卫星实际上是起了将测控信号转接和扩大到全球范围的作用。
随着应用卫星的发展,特别是导航卫星、高分辨率遥感卫星、载人飞船的会合和对接、航天飞机以及行星际和更远距离的航行,对航天测控系统提出了更高的要求:
①提高卫星测轨、定位和姿态测定的精度;
②提高卫星或飞船机动控制的实时性和精确性;
③特远距离时的跟踪测量和高速数据传输。
更精密的光学和电子测控系统,更大容量和更高运算速率的计算机,更高精确度的时间标准和更高效率的通信体制等,都是为解决上述问题需要研究的课题。
中国航天指挥控制中心
中心简介
自从“神舟”一号到“神舟”五号陆续发射成功,中国北京航天指挥控制中心以百分之百的测控成功率,给世界一个精彩的亮相中国让世界变得更加精彩。中国已经成功掌握载人航天飞行控制技术,并成为继俄罗斯、美国之后的世界第三大载人航天飞控中心。2005年,中央军委主席胡锦涛签署通令,为他们记集体一等功。
测控通信系统是载人航天工程七大系统之一,北京航天指挥控制中心是这个系统的“神经中枢”。“神舟”飞船上天后能否进入轨道、正常运转、安全返回,航天员能否准确无误地完成各项飞行操作等等,完全依赖于指挥控制中心统一指挥和调度地面庞大复杂的测控系统,实施精确的测量和控制。为确保载人航天成功,北京航天指挥控制中心科技人员研制出具有7000多个模块和100余万行源程序的飞行控制软件系统,制定出《测控通信系统初步实施方案》、《飞船试验组织关系》等上百套不同岗位的操作方案以及上百套应急处置方案。在“神舟”五号载人航天飞行时,该中心先后进行轨道确定28次,按计划启动软件进程1400余个,发送遥控指令链87条,遥控指令437条,程控指令445条;指令发送、数据注入全部准确无误,在中国载人航天史册上创下零失败纪录。
核心技术
北京航天城
载人航天器的精确返回控制技术,是载人航天飞行安全成功的核心技术之一。指挥控制中心科技人员独创返回控制参数计算与返回落点预报方法,开发出飞船返回的核心控制软件,在目标落点等计算结果的精度、准确性和可靠性上,超过任务总体技术要求,填补了国内空白,使我国成为继俄、美之后第三个掌握此项技术的国家。飞船轨道精度是世界性难题,指挥控制中心科技人员运用高精度时间与坐标系统、大气密度计算模式等先进技术,使飞船定轨精度优于百米量级,取得我国近地航天器定轨30年来的重大突破,为我国历次载人航天飞行任务的成功作出重要贡献。随着我国载人航天事业的发展,指挥控制中心相继攻克测控过程可视化技术、飞行控制自动化技术、智能化故障诊断技术、应急救生控制技术等重大科技课题,8项技术达到国际先进水平,建设成为世界第三个具有透明控制能力、可视化测控与指挥能力、高精度实时定轨能力、高速数据处理能力、自动化计划生成能力的现代化飞行控制中心。俄罗斯宇航局局长到北京航天指挥控制中心参观时,连连赞叹:“中国人了不起,你们在短时间内创造了奇迹!”