2030年前航天测控技术发展研究_张碧雄

第29卷　第5期2010年10月 飞行器测控学报Journal of Spacecraft TT&C Technology V o l.29　No.5O ct.2010 2030年前航天测控技术发展研究＊张碧雄,巨　兰(中国电子科技集团公司第27研究所·河南郑州·450047)摘　要:根据2030年世界航天技术的发展战略,尤其是2015年～2030年期间逐步进入应用阶段的军用航天技术发展情况,分析了我国航天测控技术未来发展的能力要求。

并在分析美国2005年～2030年N ASA空间通信与导航体系结构发展计划的基础上,对我国航天测控技术未来发展方向与发展重点进行了梳理,如天地一体化测控与信息传输、深空测控通信、航天对抗、航天应急,以及进一步提高测控距离、数传速率、测轨精度,覆盖率、空间信息综合处理能力、系统效费比等。

最后提出了发展建议,如航天测控网与空间目标监视网、天文观测网三网合一、发展寂静测控技术和即插即用测控技术等,从而提高航天测控技术在一体化联合作战中的快速响应和支撑能力,对抗条件下的生存能力,满足未来多层次、多样式的需求。

关键词:航天测控;通信;发展中图分类号:V57文献标识码:A文章编号:1674-5620(2010)05-0011-05 Research on Development of Aerospace TT&C Technology Before2030ZHANG Bi-xiong,JU Lan(C ETC Research Institute No.27,Zhengzhou,Henan P rovince450047)A bstract:T his pape r is an analysis of the techno lo gical requirements o f the T T&C capabilitie s o f China in the nea rfuture based o n the str ategic tre nd o f development of the wo rld aero space technolo gy befo re2030and,in par ticular, the g r owing applicatio n penetr atio n of military aer ospace technology into space between2015and2030.F ollow ing a-naly sis of N A SA space communicatio n and naviga tion a rchitecture reco mmendatio ns for2005-2030,the pape r dis-cusses the areas of develo pment and key aspects in future develo pment of China's aer ospace T T&C techno lo gy,e.g.integr ated space-g round T T&C sy stem and informa tion transmission,deep space T T&C and communicatio n,ae rospace co untermeasures,ae ro space emerge ncy ha ndling in o rder to improv e T T&C r ang e,data transmission rate,o rbit measuring accuracy,cov erag e ra tio,comprehensive pro ce ssing capability o f space info rmation and co st-effectivene ss.F inally,a propo sal is given o n develo pment of China's aero space T T&C technolog y,e.g.integ ra tion of aero space T T&C netwo rk,space object surv eillance ne two rk and V ery Lo ng Baseline Interfero metry netw ork, development o f quiet T T&C techno log y and plug-and-play T T&C techno log y in o rde r to meet multi-level future re-quirements and improv e the capability o f rapid respo nse and suppo rt,and surviv al capability in countermeasures.Keywords:Aer ospace T T&C;Communicatio n;Develo pment0　引 言进入21世纪以来,世界航天活动呈现蓬勃发展的新态势。

主要航天国家相继制定或调整航天发展战略、发展规划和发展目标,航天事业在国家整体发展战略中的作用日益突出。

如欧盟“伽利略”试验卫星进行在轨测试验证;美国GPS系统进行现代化和新一代卫星导航系统的规划。

而以火星为代表的深空探测也逐渐成为探索太空的热点,2010年4月,美国总统奥巴马公布新的太空计划,准备载人上火星。

这一切表明,空间已成为人类在新世纪积极开发与探索的重要领域。

与此同时,我国的航天事业也处于繁荣发展的时期,特别是载人航天任务和“嫦娥一号”绕月工程的成功实施,跟踪和数据中继卫星“天链一号”的发射,以及“北斗”卫星导航系统建设取得标志性进展,标志着我国的空间活动已进入一＊收稿日期:2010-05-15;修回日期:2010-09-09第一作者简介:张碧雄(1974-),男,本科,高级工程师,主要研究方向为航天测控、卫星地面应用;E-m ail:z hangbixiong@飞行器测控学报第29卷个新阶段。

航天测控技术为各种轨道的人造地球卫星、无人试验飞船、载人飞船、深空探测器的发射、在轨运行和返回着陆提供测控支持,是整个航天工程中不可或缺的重要组成部分,它的发展与航天任务同步进行,相辅相成,互相推动。

航天测控技术的发展与航天技术发展息息相关,航天计划的蓬勃发展和新型航天技术的不断涌现牵引了航天测控技术的持续发展。

1　未来军用航天技术的发展分析目前,美国和俄罗斯都全面发展和应用了军用航天器技术、航天运载技术和空间对抗技术,拥有较完备的各类军用卫星系统、运载火箭系列和地基空间监视系统,开始应用进攻性和防御性的空间对抗技术,而且水平先进,美国处于世界领先地位。

按照世界主要国家的军用航天技术发展计划,当前正在进行工程研制、技术演示或概念研究的多种先进军用航天技术,在2015年～2030年期间逐步进入应用阶段,以下对未来的军用航天技术进行简要分析。

1.1　2015前的军用航天技术1)缩短单颗卫星和星座的重访周期,提高拍摄速率和探测效率,从而提高对运动目标的监视能力,卫星的成像数据量是现役卫星的4倍;2)采用先进光学、雷达成像、多光谱传感器、多轨道卫星组网,将多种探测手段和模式结合,提高军用感知卫星的空间分辨率;3)采用Ka或更高频段、星上处理与星间链路、智能天线等技术手段,使军用通信卫星具有高带宽、高速率、可网络重组、强抗干扰等性能,宽带全球卫星系统单星传输速率达到2.1Gbit/s～3.6Gbit/s,通信能力大大增强;4)采用高精度、高稳定性原子星钟与高增益点波束相控阵天线等技术,使导航卫星定位和授时精度提高;5)运载火箭内置式空中发射技术增强快速、机动航天发射能力;6)航天器热电膜(therm o-film)技术改变卫星的光热特征,将为航天器的防御性空间对抗能力提供新途径。

1.2　2020前的军用航天技术1)激光通信将实现海量、超高速卫星通信;2)空间因特网技术将实现天地一体化通信及单兵接入卫星通信;3)高超声速推进技术为全球精确打击能力奠定技术基础;4)空间操作(自主空间交会对接、在轨服务和升级)技术将能提供空间对抗新能力;5)重复使用运载器技术将提高航天运载快速响应能力和降低发射成本。

1.3　2030前的军用航天技术1)分布式虚拟卫星技术实现多种传感器的同步侦察监视;2)天基作战平台和拦截器技术发展新的空间打击能力;3)空间电站技术对未来装备发展有重大影响。

2　我国航天测控技术未来发展的能力要求我国航天测控系统经历了从无到有、从弱到强的发展历程,逐步形成了符合我国国情的航天测控系统,具备了对载人飞船和各类不同轨道的应用卫星的发射及在轨运行以及返回式卫星提供测控支持的能力[1],实现了“飞向太空、返回地面、同步定点、一网多星、国际兼容、飞船回收”六大历史性跨越。

我国航天测控网的主要发展趋势是优化地基测控网,建设和发展天基测控网,构建深空探测测控网,构建天地空一体化测控通信系统,逐步形成各种航天测控资源综合利用、优化配置、整体性能最优的高可靠性的航天测控系统[2]。

随着新的航天工程不断立项,航天任务不断增加,新的需求不断提出,我国航天发射和测控技术面临着前所未有的重大发展机遇,同时也面临着巨大挑战。

基于卫星、飞机和平流层飞艇的高分辨力先进观测系统、载人飞船交会对接、导航卫星、月球和火星探测、空天飞机等重大航天科技工程以及一批重点领域的优先项目,对航天测控系统提出了下述一些更高的要求。

1)扩大轨道覆盖率[2-3]。

载人飞船航天员出舱活动、空间交会对接、临近空间跨大气层飞行的高超声速飞行器(飞行速度达25马赫,轨道机动性高,甚至可能出现跳跃式的弹道变化)、月球探测的转移轨道段等任务要求测控系统具有高的轨道覆盖率。

2)提高卫星测轨、定位和姿态测定的精度[2-3]。

第二代导航卫星星座、高分辨对地观测卫星、绕月探测卫星、飞船交会对接,要求提高飞行器轨道测量和12第5期张碧雄,等:2030年前航天测控技术发展研究定位的精度。

同时,空间交会对接、卫星星座、月球着陆探测还提出了航天器间相对位置精度的更高要求。

3)提高多星同时测控支持和在轨运行管理能力[2-3]。

随着航天技术的发展,卫星应用领域不断扩展,未来卫星在轨数量将大量增加,小卫星、星座及组网、一箭多星发射,在要求提高航天器自主能力减少对地面测控管理依赖的同时,还要求航天测控网具备对多星同时测控支持和高效的在轨运行管理能力。