今天，测运控系统已经普遍实现米级的精度，在高精度测量技术支持下甚至可以达到对太空中运行卫星实现厘米级、毫米级定位。

徐鸣

　　10月16日0时23分，中国成功发射神舟十三号载人飞船，约6个半小时后，飞船与天和核心舱顺利完成自主交会对接。这千里之外的成功“一吻”，离不开强大的测运控系统。

　　卫星运行在距地面几百公里至几万公里的太空，就像远在天边的风筝，这个“金属大风筝”也需要有一根线，通过它感知卫星的状态、控制其工作节奏。这根隐形的“风筝线”，就是测运控系统。

　　测运控系统的英语缩写是TT&C（Tracking，Telemetry & Control），可以拆分为“测控+遥控”——前者跟踪卫星运行到哪儿，掌握它的工作状态，如电源、温度、功耗等；后者通过任务编排，指挥卫星的有效载荷干活。

　　这根“风筝线”的背后，是由卫星上的测运控单元、地面站和地面测运控软件共同组成的强大系统，工作原理是无线电测量与信息传输。在卫星的整个寿命周期，“风筝线”都会对卫星进行跟踪、测量和控制。

　　卫星由火箭发射到太空后，“风筝线”需要尽快追踪到卫星，对其在轨捕获，根据卫星在轨的相关数据进行轨道计算，确定其位置，预测其将来的运动轨迹，并对卫星进行一系列“健康”检查，为卫星正式开展服务工作做好准备。

　　在卫星的在轨运行与服务阶段，“风筝线”可以通过发送指令让它提供应用服务，如要让遥感卫星拍照，就需要通过发送指令告诉它何时开始准备，提前多久开机，可以拍到照片的最佳角度是多少，并让它调整好姿态，设置好曝光时间、焦距等。目前，差不多每颗卫星可以支持2000条控制指令。

　　因为太空环境十分复杂，各种因素都可能导致卫星出现运行故障，但地面上的人不可能把卫星抓回来修理，而“风筝线”的厉害之处就是可以远程解决卫星遇到的问题，保障其整个寿命周期的安全运行。

　　2006年下半年，中国一颗在轨运行卫星突然发生严重故障，卫星姿态失控，并与地面基本失去联系。专家们利用测控技术获得的卫星数据，分析可能遇到的问题，并推测出其失控时的姿态，寻找最佳的抢救时机，按照推测的位置给卫星发送指令，最终找到卫星并使其恢复了工作状态。

　　功能强大的“风筝线”不是一天炼成的。经过数十年，测运控系统才实现了今天的精准感知和精密控制。

　　上世纪50年代末人类第一颗人造卫星发射时，测运控技术对数百公里高的卫星的定位误差约为百米级。而今天，测运控系统已经普遍实现米级精度，在高精度测量技术支持下甚至可以对太空中运行卫星实现厘米级、毫米级定位。

　　1970年4月24日，中国发射了第一颗人造卫星——东方红一号，中国测运控系统就此起步。彼时，计算机计算速度不够、内存严重不足等硬件问题一定程度上限制了“风筝线”的发展。早期的“风筝线”只能定时对单颗卫星进行“监督和指挥”。

　　如今，计算机算力已随着摩尔定律的发展大幅提升，测运控技术实现了多星全天时在轨测控，以及设备控制、卫星发令和软件运行的自动流程控制。就是说，一根“风筝线”可以自动放很多个“风筝”了。

　　随着“太空基础设施时代”的到来，各国加速巨型星座建设，在轨卫星数量正以前所未有的速度增加，这对“风筝线”的高效、灵活、安全和可靠提出更高要求。

　　当前，测运控系统正在向无人化、智能化方向探索，而且与地面的信关站向一体化方向发展。未来，这个强大的系统有望成为一个可以对卫星进行7×24小时不间断管理的人工智能“风筝线”。

来源：2021年11月17日出版的《环球》杂志 第23期

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