“渭南跟踪正常”“青山跟踪正常”……看过火箭发射直播的人应该都对这样的播报印象深刻 ， 这是遥测系统正在捕获火箭回传的信号 ， 跟踪着火箭飞行 。 但直播的部分时段 ， 观众听不到任何信息 ， 演示大屏幕也是漆黑一片 ， 这是因为火箭正在穿越遥测盲区 。
2020年12月22日 ， 长征八号运载火箭成功发射 ， 航天科技集团一院一部研制的“Ka频段高码率天基测控系统”参加飞行试验 ， 首次实现了运载火箭飞行任务全程高速数据传输 。
作为实现火箭新一代测量系统“高速化”特征的关键技术 ， 该系统的成功应用标志着我国在火箭测控领域取得重大突破 ， 我国火箭具备了高码率全程天基测控能力 ， 中低轨飞行测控将再无盲区 。
质的飞跃 从S频段到Ka频段
受诸多条件限制 ， 一个国家的“基站网”不可能覆盖全球 ， 仅靠有限的地面和海洋测控满足不了所有的航天测控需求 。 为弥补陆地和海洋测控点无力触及的测控盲区 ， 就有了天基测控 。
所谓天基测控 ， 就是通过天基中继卫星向地面技术人员传输火箭飞行过程的实时遥测数据 ， 对飞行中的火箭进行全程实时测控 。 相比传统S频段天基测控 ， 更高效的Ka频段天基测控技术成为世界航天强国争相研制的新领域 。
2012年 ， 我国跟踪与数据中继卫星“天链”系统全面建成 ， 实现了中低轨道全轨道覆盖 。 同年 ， 一院加大箭上数据传输系统研发力度 ， 研制团队在短短几年的时间里突破了快速散热、窄波段跟踪、高性能天线列阵等一系列技术难题 ， 实现了我国天基测控技术S频段至Ka频段的重大跨越 。
一院总体设计部1室副主任宋锐比喻 ， 这两个频段就像宽度为2米和20米的火车 ， S频段存在带宽较窄 ， 数据传输速率较低等缺点 ， 无法满足火箭全部数据回传需求 。 Ka频段频率在20G赫兹以上 ， 数据传输速率可以达到每秒上百兆 ， 是航天测控技术的重大跨越 ， 也是火箭研制能力提升的重要标志 。
Ka频段获取的火箭数据是传统S频段天基测控数据传输能力的几十倍甚至上百倍 ， 并且波束宽度能够满足火箭飞行中动态跟踪需求 ， 也因此成为高码率天基测控的最佳选择 。
本次在长征八号运载火箭成功应用“Ka频段高码率天基测控系统”实现全程测控 ， 数据可全部获取且遥测覆盖率达100% ， 测控手段实现了质的飞跃 ， 标志着我国火箭天基测控技术一举进入国际领先行列 。
【高速数据传输|航天科技一院一部Ka频段高码率天基测控系统研发侧记】告别“档期” 轨道设计更灵活
一直以来 ， 设计师在为火箭设计飞行轨道时 ， 要根据地面遥测网点、海上测量船的覆盖范围设计轨道；发射窗口的选择受海上测量船“档期”影响 ， 也会有一定程度的限制 。
“Ka频段高码率天基测控系统”的成功应用 ， 将在不久的将来改变这一局面 。 随着天基测控技术的不断进步 ， 我国火箭轨道设计和发射窗口的选择将不断摆脱地面测控保障的束缚 ， 数据传输将逐步过渡到天基测控为主、地基+海基测控为辅的阶段 ， 中低轨道火箭发射轨道设计和窗口选择将会更灵活 。
届时 ， 测量船出船次数和地面站使用率将会相应减少 ， 能够大幅缩减火箭发射成本 ， 面对竞争日益激烈的商业航天发射 ， 将极大提升火箭在市场上的竞争力 。
未来可期 测控技术迈向新征程
面向重型运载、可重复使用等任务需求 ， 以“集成化、网络化、无缆化、高速化、智能化”为主要特征的新一代测量系统研制工作正有序推进 ， “Ka频段高码率天基测控系统”作为排头兵 ， 已经率先走入工程应用阶段 。
Ka频段高码率天基测控系统在长征八号火箭成功应用只是一个起点 。 后续 ， 更高码率的天基测控系统将扛起我国中低轨道遥测数据传输的大旗 。
据了解 ， 当前我国大火箭和重型运载火箭的箭上“高码率天基测控系统”正在研发中；采用多天线切换和多星切换策略 ， 还能实现多轨道需求的全程高码率天基测控；采用天基前向链路功能 ， 还可以实现飞行过程中的实时数据加载 。 这些技术的升级将进一步推动我国天基测控和火箭研发再上新台阶 。 （张娟娟）来源：航天科技网站
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