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远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天

  顾你安稳        2021-07-03 08:53:57

导语:2021年是我国的航天大年,随着中国航天事业的快速发展,从天问祝融到空间站初具成型,我们探索太空的脚步迈得更大、更远。而在新闻中大家总会发现:当火箭发射之前,都会有名为“远望号”的船先行出海,明明是上天的事儿,为何要用到船?这型号称国内第一、世界领先的“远望号”在航天任务中又扮演怎样的角色?


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


远望7号船圆满完成我国首次火星探测器海上测控任务 图源:新京报


航天测控为何要在海上?


每次火箭发射直播,在指挥大厅内工作人员都发出例如:火箭起飞约50秒时,听到“遥测信号正常”等各种口令,引来观众好奇。


其实简单地说,遥测是一种自动通信过程。


航天器的发射、飞行试验中,无论是变轨或空间交会等任务需要主动地调整飞行轨道、或因入轨精度及引力影响甚至规避太空垃圾等而被动调整轨道,这时都需要对飞行中的运载火箭和航天器进行跟踪测量和控制。除此之外,载人航天工程中还需进行天地之间语音通信和图像的传输。而通过遥测方式可将无法直接访问的火箭测量数据传送到测控站,从而实现对火箭的测量和控制。


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地面测控站 图源:中国网


无论过去的美、苏还是如今中国的航天测控,其发展起步及遥测的第一棒都是从地面开始。地面测控站可用光电跟踪仪提供光学跟踪画面、利用跟踪雷达窄波束跟踪目标以确保火箭飞行尽在掌握。


受地球曲率和地面杂波、地形阻挡影响,每个地面测控站配备的光学测量与S波段等窄波段雷达的工作范围只能覆盖航天器轨道一小部分。随着运载火箭飞行轨道的延伸,对超出国土范围的航天发射全程飞行试验的测量,这就需要把原本陆上测量设备推进到离国境更远的地方——比如海上。


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天宫一号对接测控网 图源:新华网


作为航天发射数量最多的美苏等国,最早在上世纪50年代末期开始利用旧远洋轮改造航天测量船、并在60年代中期开始建造专业测量船。在1967年7月18日,建设远洋综合测量船队的实施方案“718工程”确立,我国航天测量船的发展由此起步,也开启了中国航天测量网从陆地到海洋的历史性跨越。


40余年走来,“远望”家族繁衍几何?


早在1975年,我国即开始建造远望1/2号测量船,建成不久即投入到1980年的“580工程”远程运(弹)载(道)火(导)箭(弹)发射任务中,也结束了中国在陆地以外不能进行航天测量的历史。为满足我国“八五”国防重点工程以及“921”载人航天工程配套测量需求,1993年起我国第二代远洋航天测量船“远望3号”在江南造船厂开始建造,仅用2年时间便完工交付。


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远望一号


远望3号交付后先后与“远望1/2号”联袂“东方红三号”“风云2号”等卫星海上测控任务,创造全球首次测量船遥控卫星的先例;又于1999年起先后执行了神州1号——神州5号飞船测控任务,实现了我国向载人航天测控的跨越;2007年“远望2/3号”两代远望再度联手助力“嫦娥”成功奔月,跟踪距离从7万米延伸到40万米,开启了我国深空探测宇宙的新时代。


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远望3号


而随着21世纪我国在深空探测、载人航天、卫星密集发射等领域持续发力,2007年以远望5号为首的第三代“远望”横空出世,它与此次伴随执行神州十二号及空间站任务的远望6号及不久前执行了探月、探火工程的远望7号即是“远望”家族的最新成员。


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图为远在太平洋执行神舟十二号载人发射任务的远望6号


于2016年4月交付使用的远望7号,全长约225米,宽27米,高44米,满载时排水量近3万吨,是目前仅次于俄罗斯“宇航员尤里加加林”号之后全球第二大航天测量船。较大的体型使得它的续航能力超强,达到了1.8万海里(约为3·4万公里),连续航行100余天不靠岸,相当于可以从我国的渤海湾绕行好望角一直开到波罗的海,如果摊在地球上,即相当于可绕赤道近一周。


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作为整个船队中技术最复杂、功能最全、设备最多的一条测量船,装载着各类大型设备947套,“远望7号”比“远望6号”船足足多了一百多套,但它所配置的人数却比远望6号船减少了近40人。作为集相关领域最新技术为一身的远望7号也由此成为目前世界领先的航天测量船。


蹈海探天,远望号如何“乘风破浪”?


与陆地测控相比,海上测控本就不是“一帆风顺”的,是在地球转动、风浪引起船舶晃动、船体振动等不利因素影响下进行,不仅要捕捉高速运动的航天器,有时还对火箭、航天器实时控制,而控制时间每次 只有上百秒钟,战机稍纵即逝。第三代“远望”比前两代“远望”更广阔的活动海域,也使得海上测控中受到风浪挑战更大。


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


图源:中广军事


为了能让船体与如不倒翁一样屹立于洋面,第三代“远望”测量船除了通过体积较大、水动力特性优良的船体获得良好的耐波性外,还设置了两对四幅可收放式减摇鳍与一对,使得船只在18节减摇效率可达85%、10节测量航速工况时减摇效率也达30%;通过联控模式实现螺距角与发动机转速的动态匹配,当遇到海况突然变化时船舶航速增减都无需改变主机转速,船舶应急停车甚至紧急避让时都无需主机停车和换向,减少了人员操作步骤而只需调整螺距即可。即保障了主机工况稳定而便于应对各种突发情况,又提高了船舶姿态响应速度,也进一步降低了第三代“远望”号在不同海流影响下的纵摇水平。


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第三代远望通过折叠减摇鳍(红圈处)配合变矩螺旋桨,使得它在风浪中仍可以为船上测控作业提供一个相对平稳的作业环境


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


(图源:军报记者/中国军网)


通过一系列减摇措施,使第三代“远望”测量船在6级风浪下仍可以让各类遥测设备获得在陆地作业样平静的环境。据报道,在神州11号海上测控任务期间,远望7号测量在经受横倾逾12°的恶劣海况下依旧保证测控任务顺利完成。


海上追星,还需做好哪些“热身准备”?


解决了船体晃动,“海上追星”需要做的即是把测控天线对准并稳定跟踪目标,但要“追星揽箭”仍需要很多做很多准备。主要有两个问题:


“我”在哪?


不同于普通船只,测量船需要掌握高精度的船姿、船位信息,才能找准地面指控中心、测量船与航天器三者的相对位置,方便将天线精准地指向航天器。现代船舶一般通过惯性导航来定位,由于惯导设备中陀存在常值误差等原因,随着设备的长时间运转,航向数据误差逐渐增大,而航天测量船每个设备对精度的要求很高,在执行任务前需要使用标校设备对航向精度进行鉴定并修正。为此远望号运用了一种古老的导航方式——星校来对当前测量船航向精度进行鉴定。


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


在缺乏参照物的大海,通过相对固定的恒星来确定方向确实是古老而靠谱;只不过相较传统的六分仪(上图),现代光电经纬仪(下图)精度更高


远望号在进行坐标校准时,首先会选择合适的星体;并根据当前时刻、惯导设备的经度、纬度以及高程获得在大地坐标系下所选星体相对设备的位置信息;最后通过对船姿误差的中艏摇误差、纵摇误差和横摇误差进行滤波解算既可实现对惯导设备的实时校准、增强空间目标跟踪能力。


如何更精准的“锁定”目标?


从远望1号到远望7号,尽管雷达后端不断改进,但天线都始终沿用卡塞格伦结构,这种波束聚焦集中、增益高。但随着宇航技术的发展,必然对雷达跟踪性能的要求愈来愈高,我国的航天测量雷达即从传统的S波段进一步缩窄囊括到C波段。对于窄波束高精度的雷达,仅仅数度的偏差放到的遥远的深空也会“差之千里”,因此对卡塞格伦天线仅采用陀螺稳定是不够的。


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


林立的“大锅”——卡塞格伦天线是远望号测控船的标志物,这种天线对指向精度有着较高要求


对此我国第三代测控船均运用了补偿前馈技术:根据测量数据推导出未来时刻的目标运动指标的数值来计算出目标运动和船摇产生的天线方位、俯仰变化的速度和加速度,给天线方位和俯仰增加一个前馈量,使雷达得以快速稳定跟踪。


而利用较高的天线指向精度、配合我国首创的非相干扩频模式,使远望号上的测控天线能满足多星测控、高精度测定轨和星地高精度时差测量等任务。


从远望1号到远望7号,中国测控船已经历近半个世纪的发展。尽管随着我国综合国力的提升,通过国际航天合作从而在海外建设的地面航天测控站数量也在逐步提升,而“天链”系列中继卫星的服役也使得我国航天测控“从天而降”变成可能,但在未来一段时间内,以远望7号为代表的我国测控船仍将覆盖航天测控任务的半壁江山,承担我国未来一系列的空间站、探月以及深空探测等任务,助力我国航天器飞的更高、更远。


远望测量船完成神舟十二号任务回港,揭秘地面与飞船之间的"风筝线"


现代快报讯(通讯员亓创记者张瑾/文)“长江六号明白!”如果你看了6月17日神舟十二号发射时的直播,这样的语句你一定会有印象。这里的“长江几号”,其实是远望号测量船的代号。远望号航天远洋测控船队,隶属于中国卫星海上测控部。此次神舟十二号载人飞船的发射,远望6号船作为唯一的海上测控点,保驾护航,架起了神舟十二号和地面指挥中心的联系,送“神十二”顺利入轨。现代快报记者了解到,6月21日傍晚,远望6号在圆满完成天舟二号货运飞船以及神舟十二号载人飞船海上测控任务后安全返回中国卫星海上测控部母港。


地面与飞船之间的“风筝线”


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


那对于上天的飞船来说,浩瀚的大海和它有什么联系?为什么要不远万里进行海上测控?


现代快报记者了解到,远望号测控船队,是我国唯一的海上测控力量。自第一代远望号下水以来,中国已经先后建造了从远望1号到远望7号七艘航天测量船。


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


四十多年来,这支队伍先后圆满完成了以神舟、嫦娥、北斗、天宫等为代表的一百余次海上测控任务。


其中,测量船是航天测控网中的重要组成部分。与陆地测量站相比,测量船可在广阔的大洋上灵活选点布站、机动应急测控。它既是“千里眼”,又是“风筝线”,因为它不仅能够测量飞行器轨道,也能够发送控制指令,遥控卫星进行变轨、姿态调整、太阳能帆板展开等动作。


尤其是在远地点对航天器进行控制时,航天器往往处在地球的另一面,这就需要建立国土以外的测控站。在这种情况下,航天远洋测量船应运而生。


护航神舟十二号飞船,实时回传航天员图像及语音信息


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


在远望6号的中心机房,数据处理服务器将一组组测控数据进行解算处理,并迅速传送到北京航天飞行控制中心,确保测量船与任务中心的信息交换准确无误。


本次出航,远望6号船历时29天,安全航行五千余海里,为两次发射任务的圆满成功,作出了贡献。


6月17日,神舟十二号载人发射任务顺利执行。同一时刻,远在太平洋的远望6号雷达控制室的主操作手胡金辉正全神贯注,手握机械转轮,紧盯控制台信号。


“发现目标!”“自跟踪!”“跟踪正常,遥外测信号正常。”胡金辉通过语音传输链路,将这一连串的信息与北京航天飞行控制中心进行实时交换。


“长江六号发现目标!”“长江六号双捕完成!”在火箭起飞抵达测控弧段后,远望6号船成功将北京航天飞控中心传来的“太阳帆板展开”指令注入飞船——而这是一个极其关键的指令。


接到指令后,飞船缓缓打开帆板。很快,北京航天飞控中心根据远望6号船反馈的数据做出判断:太阳帆板展开正常!


远望6号船测控系统负责人刘童岭告诉记者:“远望6号船作为唯一的海上测控点,从发现目标到跟踪结束,累计发送了包括太阳帆板展开在内的多条重要指令,并实时回传了航天员图像及语音信息,圆满完成了海上测控任务。”


今年已累计出海超130天,“吃咸菜米饭也得完成任务”


远望测量船完成任务回港,这艘大船的任务是看护火箭上天


据了解,2021年以来,远望6号全船科技人员连续出航,目前为止已累计出海超过130天,圆满完成了6次海上测控任务。远望6号船船长杨便佼告诉记者,“回到母港后,我们将结合现实情况,统筹开展人员休整、进厂维护以及任务准备等多项工作,为后续任务顺利展开打下坚实基础。”


对于他们来说,长时间地出海执行任务早已是常态。而由于任务的特殊性,出海后便无法与家人及时联系。


在船上多年的航海员刘宇飞告诉记者:“几年前,有次出航一百来天,回来后去ATM机上取钱,出来的纸币防伪标志是土豪金,我跑去柜台问怎么都是假币?当时柜员以不可置信的眼神看着我,说这都是新币啊,我才知道是出了新版人民币。”


船舶一旦离港,险情随时都有可能发生,航海员们也要经受恶劣自然环境的考验,一些船员甚至还在摇船舱内写下过遗书。除了险情外,变幻莫测的海况也影响着航海员们的日常生活,安丰强告诉记者,“以前厨房小的时候,连着后甲板,我们做饭要把自己绑在灶台上炒菜,不然一个浪打来,要么往后掉进海里,要么往前扑进油锅里。”有时出港后,还会面临无法靠港补给的情况,库管员王硕说,那“要是很久都没有靠港补给蔬菜怎么办?那吃咸菜米饭也得做任务啊!”


也正是有这样一群耐得了寂寞的守护者,才能在四十多年来,相继完成了从无到有、从火箭测量到卫星测量、从单一测量到综合测控、从卫星测控到载人航天器测控通信、从地球轨道测控到月球轨道测控、从单目标到多目标测控遂行多样化试验任务等七次重大跨越。潮起潮落,斗转星移,蔚蓝色的海洋和璀璨的星河里,每一次的胜利和荣光,都离不开“远望人”的默默付出。


来源:不起的中国制造,现代快报

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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