如果将航天器比作风筝,那么应答机就是控制风筝的线,可以通过测控无线链路实现对航天器的操控及监视。
徐鸣
最近,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域安全着陆,“太空出差三人组”顺利回家。很多人可能不知道,“太空出差”这件事从出发到凯旋,都离不开应答机。
应答机是航天器上负责“答应”的装置,主要负责接受地面指令以及主动向地面报告信息。工作方式类似于地面站呼叫航天器:“你在哪?你此刻感觉如何?”随后,应答机就会代表航天器回应道:“我在祖国上空500公里,感觉良好。”
应答机最早诞生于战争期间,是由英国空军和美国陆军航空队于第二次世界大战中开发的“雷达敌我识别系统”演化而来。20世纪50年代,应答机开始应用于民用航空领域,与地面系统联合实现空中交通管制,包括目标识别、定位和特殊代码识别等。
伴随着人类探索太空的脚步,应答机也开始应用于航天领域。如果将航天器比作风筝,那么应答机就是控制风筝的线,可以通过测控无线链路实现对航天器的操控及监视,它的基本原理是无线电波接收发射装置。
美国1958年开始实施第一个载人航天计划——水星计划,其航天器配备了许多电磁发射和接收系统,这也就是航天测控应答机的雏形。
中国对于测控应答机的研制工作开展得也比较早,上世纪70年代,“东方红一号”卫星发射就确定了“上得去、抓得住、听得清、看得见”的12字卫星总体技术方案。其中,“抓得住”和“看得见”就是对测控分系统的要求,也是对应答机可靠性提出的要求。
事实上,不只是卫星,每一个航天器都有应答机,比如成功发射神舟十三号飞船的长征二号F遥十三运载火箭也安装了应答机,它有“眼睛”一样的作用,与地面雷达协同,完成对运载火箭的全程实时航迹测量,提供精准的外测数据,用以判断飞行是否正常。
去年6月,中国太空空间站建造完成并进行首次载人交会对接时,应答机发挥了重要作用。神舟十二号飞船上的微波雷达,按顺序分别与核心舱三台应答机配合,接力进行交会对接测量,实现后向接近、径向绕飞、前向对接,让载人飞船与核心舱安全可靠对接。
如今,应答机已经是每个航天器必不可少的单元,是航天器与地面或者其他航天器进行互相通信的重要设备。有时候还会有冗余备份应答机,当其中一个发生故障时,确保另一个系统仍能正常工作。
测控应答机是星地通信的唯一通道。作为卫星等航天器不可或缺的组成部分,应答机良好的性能指标参数是确保测控系统正常工作的关键。随着集成电路的发展,测控应答机不断朝着小型化、集成化和数字化的方向进化,并从最初仅支持S/C等低频段,到支持X/Ka等中高频段,发展到如今能支持V频段。这根重要的“风筝”线,将会对卫星实施更好的、更精确的控制。
来源:2022年5月4日出版的《环球》杂志 第9期
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