航天测控技术的发展趋势与策略探究

刘策 曹磊

（首都航天机械公司，北京 100076）

0.引言

新中国成立之后，在苏联专家的援助下，国内无数的研究员在不懈努力下从导弹测控系统开始逐渐发展起中国的运载火箭测控技术，到现在为止，已经形成了一套完善的技术体系，为中国载人航天事业的发展奠定了坚实基础。回顾我国运载火箭体系的发展历程，大致可以分为引进仿制、自主研发、提高发展3个阶段。在不断引进和研发过程中，我国已经逐渐掌握了一批核心技术，体现了我国航天航空能力的持续提升。

1.航天测控技术概述

航天测控技术是指对航天飞行任务目标跟踪测量和控制的综合性技术，涵盖了多个方面，涉及航天飞行器执行任务的整个过程。该项技术主要通过通信网络跟踪航天器的运行状态，同时实现地面与航天器之间的信息传输，并能够完成遥控信号等多项任务，是航天事业能够顺利开展的基础性技术。在长期的发展过程中，我国在测控技术方面有了明显进步，目前我国已经实现了高精度测量带和测控网的融合与协作。同时，网络通信技术作为测控技术的核心，对于测控技术的发展具有重要意义，一般把航天测控领域使用的信息网络称为测控网。

2.现阶段航天测控技术发展现状

2.1 国内发展现状

回顾历史，我国在1984年正式开始了测控网的发展历程，初步建立了航天测控网，1987年，国家在西安建立了航天监控中心。随后，我国利用GPS/GLONASS发展了北斗导航体系，开始有了自己的导航系统。事实上，我国利用自有的测控网络，已经成功发射了神舟系列载人飞船（见图1）、天宫一号空间站、长征五号新一代运载火箭、天舟一号货运飞船，并完成了神舟十号与天宫一号空间站的交会对接、“嫦娥三号”探测器对月球的探测、天舟一号与天宫二号空间实验室的交会对接等。以上多项任务的完成，说明我国的航天航空事业已经实现了质的飞跃，并且发展态势良好，同时与国外相比还存在着不少差距，有很大的提升空间。

图1 神舟九号载人飞船

而我国最初的运载火箭测控技术是运用到近程导弹上的，当时在苏联的支持下我国引进了KT-50光学电影经纬仪、CTK-1遥测等测量技术，填补了当时中国在航天测控方面的技术空白，为后续的研究奠定了坚实的基础。[1]随着中苏关系的变化，我国不得不开始独立自主的技术研发，中国的航天事业在艰难中不断前进。最初只是对引用的设备进行改进，例如，成果实现PTC-6甲短波遥测系统的应用，在技术不断发展时走上了独立研发的道路，最终形成了如今的运载火箭测控系统，并且该系统的标准化程度正在不断提高，发挥着越来越重要的作用。

2.2 国外发展现状

基于强大的实力和对未来行业发展方向的准确预测，美国最早开始发展航空事业。截至目前，美国的航天测控网仍然是全球规模最大、功能最为先进的网络，掌握着多项核心技术，在行业内占据了领先地位。美国的测控网建设历史可以追溯到20世纪50年代，美国率先开始了对于航天器的监测，力求更准确地控制航天器的运行状态，更好地实现地面与航天器的沟通。美国最开始建设的测控网为地基网，前期投入大，后期还需要高昂的维护成本，且不能覆盖所有的航天器，使用率较低，于是转而投入天基网的研发，有效降低了测控网的建设成本，同时提高了网络的覆盖率。此后，天基网成为测控网建设的主要方式。

之后，美国航天局与欧洲航天局联合多国空间组织共同建设了一个国际性的标准化组织，CCSDS，空间数据系统资讯委员会，为航天测控技术的发展建立了国际性标准。

3.航天测控系统的发展趋势

3.1 优化运载火箭测控系统组成结构

目前，我国已经形成较为成熟的北斗二号区域导航系统，覆盖整个亚太区域，并不断向全球布局努力，为运载火箭的发射提供了技术基础。另外，鉴于天基测控技术的各项优势，我国不断优化测控技术，推动天基测控手段与地基测控系统的融合，为火箭的成功发射保驾护航。天基测控方面，我国将主要以GNSS为主要手段，着力提高测控的精准度，扩大测控技术的运用范围；地基系统主要采用光学、雷达、遥测等手段，重点解决运载火箭发射初段中继天线覆盖受限，首区安全测量与控制问题。

3.2 推动新型测控体制的应用

针对我国运载火箭发射存在的各种问题，应当积极推动新型测控技术的应用和发展，使测控技术更加成熟。一方面，可以将多音组合编码调频安控体制运用到其他靶场中，拓展其使用范围，同时也能实现火箭发射场的设备更新换代。目前，多音组合编码调频体制已经确定会融入海南发射基地的建设，未来，太原发射场也将使用该项技术，以便提高火箭发射时的抗干扰能力，增强发射的安全性，有利于我国航天技术的持续健康发展。[2]另一方面，还应当大力推广中继测控技术的使用，将其运用当运载火箭监控方面，助力于运载火箭测控体系的改革。

3.3 在航天测控网的基础上建立空间信息资源应用管理网络系统

航天事业的研发投入是巨大的，不可能在短时间内实现各领域的同步发展。而我国的各类测控系统还存在着较为分散的问题，无法实现资源的优化整合，整个航天系统还没有得到更为充分地利用。因此，相关部门应当在现有航天测控网的基础上，建立空间信息资源应用管理网络（见图2），实现各类测控系统信息的整合和分享，从而实现航天系统的高效利用，让其更好地为我国的航天航空事业服务，有助于我国的国防建设，推动经济社会的进一步发展。

图2 一种任务驱动的可重构空间信息网络资源管理架构及方法与流程

3.4 建设和完善空间目标监视系统

空间目标监视系统是航天测控网的辅助系统，可以在其监控航天器的运行时提供一些必要的信息，如轨道参数、辐射特征和形态特征评估等。我国应积极推动空间目标监视系统的建设，将其与人卫观测系统相结合，两者相辅相成，提高测控网的精准度，并能够及时应对突发状况。[3]

4.结论与展望

测控技术对于我国航天航空事业的深入发展具有极为重要的意义，我国应从各个方面推动测控技术的发展，有助于航天飞行器测轨、导弹测弹道等细分领域的发展，实现中国航天事业的高质量发展。