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日志

 
 

我国深空测控网建设  

2014-04-26 19:30:32|  分类: 宇航工程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国深空测控网由三个深空测控站和一个深空探测任务中心组成。三个深空测控站分别是国内的喀什站、佳木斯站和位于阿根廷的南美站;深空探测任务中心位于北京航天飞行控制中心内。国内的两个深空站于2012年完成建设,南美站计划于2016年完成建设。


喀什站安装直径35 m的测控天线,具备S/X/Ka三频段测控能力;佳木斯安装口径直径66 m的测控天线,具备S/X双频段测控能力。南美站将安装直径35 m的测控天线,具备S/X/Ka三频段测控能力。这三个深空测控站构成的三站联网的深空探测网,可以实现对深空航天器90%的测控通信空域覆盖,将用于支持中国将来的探月三期、载人登月、火星探测和其他深空探测任务。

在测控领域内,深空测控技术一直处于技术发展的最前沿,牵引着测控通信技术的发展。随着我国经济和科技实力的不断增强,进一步开展深空探测,开展对火星、小行星和其他太阳系内行星的探测,将成为中国未来深空探测的目标。尽早建成我国的深空测控网,还需要对一系列国内尚未突破的关键技术进行科研攻关,并开展一定的国际技术合作,使其在技术性能上基本达到国际水平,实现与国际联网。


佳木斯深空站

该深空测控天线的直径达到66米,目前在全世界排名第5,为亚洲地区最大,其接收信号的灵敏度与世界最先进水平相当。测控距离最远可达4亿公里,可支持对火星轨道的测控。

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GE卫星照片(2011年10月12日),当时尚未建成

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高分一号图像
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喀什深空站
 
35米天线:
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GE卫星照片(2013年9月6日)

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南美深空

中国卫星发射测控系统部(CLTC)与阿根廷空间局(CONAE)于2012年7月签署协定,在阿根廷内务肯省Bajada del Agrio建设一座深空测控站。

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阿根廷内务肯省(Neuquén)Bajada del Agrio位置。门多萨省有ESA的Malargüe深空站。圣胡安省将建设口径40 m的中阿射电望远镜(China-Argentina Radio Telescope, CART),由中国国家天文台与阿根廷国家科学技术研究委员会(CONICET)、国立圣胡安大学三方联合建设。

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南美深空站项目正式开工建设
来源:二公司阿根廷项目-李炜  2013-10-25

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    由四公局参建的南美深空站项目建设规模8000万美金,位于阿根廷内务肯省中东部,隶属于巴塔哥尼亚高原区,区域地形特点以中低山为主,高度一般在800m到900m之间。目前,经过一段时间的筹备,南美深空站项目已经于2013年10月1日正式动土开始施工建设
    随着我国探月工程逐步向深入展开,中国深空探测网的建设步伐将不断加快。按照计划安排,2012年建成国内深空探测网部分,2016年建成国外部分。中国深空探测网的建设此前已按规划全面展开,初步形成一定规模,圆满完成了嫦娥一号卫星的测控任务,为中国航天测控事业写下了新的一页。“根据任务需要,在喀什站安装口径达到35米的测控天线,在佳木斯安装口径达到64米的测控天线,同时在南美建设第三个拥有大口径天线的深空测控站。”由这三个测控站构成的三站联网的深空探测网,将用于支持中国将来的载人登月、火星探测和其他深空探测任务。喀什和佳木斯站在2012年建成,为嫦娥三号、四、五号卫星提供测控支持,而由四公局及中国港湾联合参与的南美测控站建设任务将在2014年底建成,为探月三期工程,也就是嫦娥卫星返回提供支持。

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我国深空测控网布局建议

    根据月球探测和未来深空探测对测控通信的需求,深空测控规划应包括大口径多频段天线的深空测控站、信号与数据处理中心、任务操作控制中心及地面通信网络等几部分,主要是深空站的布局和设计建设。
    根据我国地理位置的限制和依靠国内自己的力量保证完成任务的基本能力的要求,建议我国的深空网在国内建2个站,在国外建1个站。国内的2个站应分别建在我国西部和东部地区,地理位置位于我国的东西部的边疆地区,经度跨度大,在国际合作和联网方面具有较好的地理优势,因此我国的深空站优选建于新疆西部的喀什和东北东部地区。两套站在我国东西两边分开布设,不但可以增加对目标的观测和通信时间,还能起到一定的相互备份作用。
    国外建站的站址选择,从地理位置和合作基础上考虑,在南美洲的智利(后改为阿根廷)建站较为合适,这样加上国内2个深空站,基本可以对环月、落月以及月球以远的探测器实现每天24 h连续覆盖。同时,智利站可以与国内的深空站构成较好的基线方向,利于进行高精度delta-DOR角度测量(图4-34)。

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深空站的设计建议

    在深空站的设计中,借鉴国外深空测控通信技术发展经验,充分发挥后发优势,降低建设成本。
    (1) 工作频段选择。我国未来的深空站为方便与国外设备联网使用,上/下行链路应具备S和X频段的工作能力。上/下行链路,特别是下行链路要具备Ka频段工作能力,如表4—8所列。
  

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    (2) 基本能力。深空站设计具备测距(包括我国和国际标准的侧音测距、再生伪码测距和欧空局标准的侧音加伪码测距)、测速、遥测、遥控和数传接收(S和X频段)的功能,具备对同一波束内的着陆器和月球车同时进行遥测、遥控、测距和数据传输能力,同时可以与国内外其他深空测量设备组成干涉测量系统。
 (摘自《深空测控通信系统》pp.123-125)


中国科学院VLBI网

中国科学院已经建成了主要用于天文测量的VLBI网(CVN),借助中国科学院VLBI网与航天测控网的联合,圆满完成了中国嫦娥一号、嫦娥二号和嫦娥三号的测定轨任务。中国科学院VLBI网是深空测轨系统的一个分系统,它目前由上海佘山25 m、天马65 m、北京密云50 m、云南昆明40 m和乌鲁木齐南山25 m的5台射电天文望远镜,以及上海数据处理中心组成,分辨率相当于口径为3000多千米的巨大的综合望远镜,测角精度可以达到几十毫角秒(mas)。

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世界各国深空网简介


美国NASA DSN网

DSN由NASA喷气推进实验室(JPL)负责建设与管理。DSN由位于美国加利福尼亚的金石(Goldstone)、澳大利亚堪培拉和西班牙马德里的3个地面综合测控站和位于加州帕萨迪纳控制中心与佛罗里达肯尼迪角测试站组成。每个测控站之间经度相隔约120度,金石站配有11m口径天线一副;26m口径的卡塞格伦天线一副;34m口径天线五副,其中三副为射束波导天线;一副70m口径的天线。其中,26m口径的天线工作在S、X频段,34m口径的射束波导天线工作在X、Ka频段,70m口径的天线工作在L、S、X、Ka频段。堪培拉站配有11m口径天线一副;26m口径天线的卡塞格伦天线一副;34m口径天线三副,其中一副为射束波导天线;70m口径天线一副。其中34m口径的射束波导天线工作在X、Ka频段,34m口径的标准天线工作在S、X频段,70m口径的天线工作在L、S、X频段。马德里站的天线配置与堪培拉站基本相同。

DSN是目前世界上功能最强大,性能最好的深空测控网。它不仅具备对飞行器的跟踪、遥测与指挥(TT&C)功能,还具备甚长基线(VLBI)测量功能与射电天文观测和射电源观测的功能。VLBI系统有S、X两个工作频段,支持差分VLBI测量,测角精度可达1 mas。

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DSN位于美国加州金石的70米天线

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DSN位于西班牙马德里的70米天线
 

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DSN位于澳大利亚堪培拉的70米和34米天线
 

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 (注:我国也已研制出X频段17 kW速调管,配合66 m天线,可满足对火星距离的深空测控需求;未来还将研制X频段百千瓦级的功放器件,达到国际先进水平。)


欧空局深空网

欧空局的深空站由西班牙Cebreros、澳大利亚New Norcia与阿根廷Malargüe三个站组成,各配置35m口径天线一副,具有S/X频段上下行和Ka频段下行能力。指控中心位于德国Darmstadt的欧洲航天操作中心(ESOC)。

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ESA在阿根廷Malargüe的深空站35 m天线

俄罗斯深空网

俄罗斯深空网由3个地面站、2个指控中心(MCC)和2个弹道中心(BC)组成。三个地面站分别为远东的乌苏里斯克站、克里米亚的叶夫帕托里亚站和莫斯科郊区的熊湖站,东西相隔约100度。乌苏里斯克站配有25m口径天线、32m口径天线与70m口径天线各一副;叶夫帕托里亚站配有32m口径与70m口径天线各一副;熊湖站配有32m口径天线与64m口径天线(单收)各一副。工作频段是UHF/C/X。

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日本有臼田和鹿儿岛两个深空站。臼田站配置了64m与10m径天线各一副,有S、X两个工作频段,具备TT&C与射电天文观测功能。鹿儿岛站有34m和20m波束波导天线各一副,具有S频段收发,X频段接收能力。

印度深空网(IDSN)在班加罗尔附近的Byalalu测控站,有32m和18m天线各一副,具有S频段遥测、跟踪、遥控能力,X频段接收能力。

 

参考文献:
唐歌实,深空测控无线电测量技术,国防工业出版社,2012
于志坚,深空测控通信系统,国防工业出版社 , 2009
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