今天，測運控係統已經普遍實現米級的精度，在高精度測量技術支援下甚至可以達到對太空中運作衛星實現釐米級、毫米級定位。

徐鳴

　　10月16日0時23分，中國成功發射神舟十三號載人飛船，約6個半小時後，飛船與天和核心艙順利完成自主交會對接。這千裏之外的成功“一吻”，離不開強大的測運控係統。

　　衛星運作在距地面幾百公里至幾萬公里的太空，就像遠在天邊的風箏，這個“金屬大風箏”也需要有一根線，通過它感知衛星的狀態、控制其工作節奏。這根隱形的“風箏線”，就是測運控係統。

　　測運控係統的英語縮寫是TT&C（Tracking，Telemetry & Control），可以拆分為“測控+遙控”——前者跟蹤衛星運作到哪兒，掌握它的工作狀態，如電源、溫度、功耗等；後者通過任務編排，指揮衛星的有效載荷幹活。

　　這根“風箏線”的背後，是由衛星上的測運控單元、地面站和地面測運控軟件共同組成的強大係統，工作原理是無線電測量與資訊傳輸。在衛星的整個壽命周期，“風箏線”都會對衛星進行跟蹤、測量和控制。

　　衛星由火箭發射到太空後，“風箏線”需要盡快追蹤到衛星，對其在軌捕獲，根據衛星在軌的相關數據進行軌道計算，確定其位置，預測其將來的運動軌跡，並對衛星進行一係列“健康”檢查，為衛星正式開展服務工作做好準備。

　　在衛星的在軌運作與服務階段，“風箏線”可以通過發送指令讓它提供應用服務，如要讓遙感衛星拍照，就需要通過發送指令告訴它何時開始準備，提前多久開機，可以拍到照片的最佳角度是多少，並讓它調整好姿態，設置好曝光時間、焦距等。目前，差不多每顆衛星可以支援2000條控制指令。

　　因為太空環境十分復雜，各種因素都可能導致衛星出現運作故障，但地面上的人不可能把衛星抓回來修理，而“風箏線”的厲害之處就是可以遠端解決衛星遇到的問題，保障其整個壽命周期的安全運作。

　　2006年下半年，中國一顆在軌運作衛星突然發生嚴重故障，衛星姿態失控，並與地面基本失去聯繫。專家們利用測控技術獲得的衛星數據，分析可能遇到的問題，並推測出其失控時的姿態，尋找最佳的搶救時機，按照推測的位置給衛星發送指令，最終找到衛星並使其恢復了工作狀態。

　　功能強大的“風箏線”不是一天煉成的。經過數十年，測運控係統才實現了今天的精準感知和精密控制。

　　上世紀50年代末人類第一顆人造衛星發射時，測運控技術對數百公里高的衛星的定位誤差約為百米級。而今天，測運控係統已經普遍實現米級精度，在高精度測量技術支援下甚至可以對太空中運作衛星實現釐米級、毫米級定位。

　　1970年4月24日，中國發射了第一顆人造衛星——東方紅一號，中國測運控係統就此起步。彼時，電腦計算速度不夠、記憶體嚴重不足等硬體問題一定程度上限制了“風箏線”的發展。早期的“風箏線”只能定時對單顆衛星進行“監督和指揮”。

　　如今，電腦算力已隨著摩爾定律的發展大幅提升，測運控技術實現了多星全天時在軌測控，以及設備控制、衛星發令和軟件運作的自動流程式控制制。就是説，一根“風箏線”可以自動放很多個“風箏”了。

　　隨著“太空基礎設施時代”的到來，各國加速巨型星座建設，在軌衛星數量正以前所未有的速度增加，這對“風箏線”的高效、靈活、安全和可靠提出更高要求。

　　當前，測運控係統正在向無人化、智能化方向探索，而且與地面的信關站向一體化方向發展。未來，這個強大的係統有望成為一個可以對衛星進行7×24小時不間斷管理的人工智慧“風箏線”。

來源：2021年11月17日出版的《環球》雜志 第23期

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