深空夢想“一線”牽 嫦娥二號剩最后“大考”
10月9日，嫦娥二號任務迎來一次標志性突破：成功進入預定的100公里環月圓軌道。這個“使命軌道”的進入，意味著嫦娥二號任務的基本成功。剩下最后一次“大考”——降軌至近月點15公里，拍攝并傳回未來嫦娥三號探測器落月備選著陸區的精細影像。然后“嫦娥二號”將圓滿完成使命。
探月揭開了中國走向太空深處的大幕，“嫦娥二號”則揭開了中國探月工程二期落月目標的序幕。向深空走得更遠，測控是關鍵，它是衛星與地球聯系的唯一紐帶。伴隨中國第二次進入深空，測控技術也在考驗中邁向深空時代。
“嫦娥二號”測控實現多項技術突破與創新
據擔負嫦娥二號任務測控系統總體設計工作的北京跟蹤與通信技術研究所專家介紹，嫦娥二號任務的測控系統主要由3個中心、3條測量船、6個位于國內的測控站、1個建于國外的測控站、4個天文觀測站及1個國際聯網測控站組成。
從地球飛到月球，類似星際探測。距離越長，傳回的無線電信號就越弱。最難的就是如何跟蹤衛星得到星上的狀態，以及如何去控制衛星。測控系統的任務就是遠距離遙控航天器，確保跟蹤完整，測量準確和指令無誤。專家打比喻說，如果說航天器是風箏，測控系統就是一根無形的牽引線。
嫦娥二號任務測控系統副總設計師董光亮說，測控系統是一個有機的系統整體，通過與箭載和星載測控合作目標的配合，共同完成對火箭和衛星的各項測控任務。
和嫦娥一號任務相比，嫦娥二號任務測控系統出現多項變化。北京跟蹤與通信技術研究所測控專家李海濤介紹說，嫦娥一號任務測控系統利用2艘測量船即可完成測控任務,而“嫦娥二號”任務采用了可連續3天發射并將衛星直接送入地月轉移軌道的發射方案，發射段測量船數量由2艘調整為3艘；嫦娥一號任務中衛星攜帶的CCD相機自主完成成像，圖像分辨率較低，嫦娥二號任務為滿足月球虹灣地區高分辨率成像要求，需要地面利用軌道預報生成CCD相機相關參數數據，并注入衛星才能完成成像。
10月9日成功進入“使命軌道”，嫦娥二號衛星在這個100公里的環月圓軌道上調整并運行一段時間，隨后將在月球背面進行1次降軌，使近月點高度降低為15公里，并在虹灣上空進行精細探測。
西安衛星測控中心的專家介紹說，由于衛星環月運行高度只有100公里，近月點高度最低只有15公里，月球非球形引力對軌道攝動影響較大，加之月球表面有很多環形山，最高的環形山達到9000米高度，比珠穆朗瑪峰還要高。軌道低，環境復雜，對精密定軌技術是一次實戰檢驗。需要提高軌道改進和預報精度，為高質量的月球探測任務提供保障。
當嫦娥二號衛星在100公里圓軌道和15公里軌道的近月點處時，西安衛星測控中心青島測控站或喀什測控站將會為嫦娥二號衛星進行成像數據注入，分別對嫦娥三號探測器的預選著陸區進行成像試驗。
針對此次工程目標與科學目標的變化要求，嫦娥二號衛星測控系統需要實現多項技術突破與創新，包括首次開展有關月球噪聲對測控鏈路的影響的試驗項目、采用新的編碼技術、以及嫦娥三號任務將使用的國際新標準的軌道測量技術。
我國航天首次驗證深空測控技術
在此前的地月轉移軌道段，嫦娥二號衛星進行了X頻段測控技術試驗，驗證了將用于嫦娥三號任務的測控關鍵技術。X頻段用于航天測控在我國尚屬首次。
X頻段深空測控體制試驗的成功實施將使無線電傳輸信號頻率大大提高，遠距離測控通信效果更好、測量精度更準、信息容量更大，是我國邁向深空探測的重要一步。
“未來深空探測任務的主用測控頻段是X頻段，國際上主要航天大國和組織基本上都采用這一標準頻段。這是國際深空測控技術的發展趨勢。X頻段測控技術也是支持我國深空網建設和后續探月工程任務的重要技術。”嫦娥二號任務測控系統總設計師錢衛平說，“與現在使用的但日益擁擠的S頻段相比，X頻段測控資源更豐富；X頻段無線電傳輸信號頻率更高，軌道測量精度會更精細；也易于實現星載測控設備的小型化，從而減輕重量，有利于航天器飛得更遠。”
所謂“深空”有一定的定義。專家解釋說，一般認為地球150萬公里以外屬于深空探測，比如火星、金星探測等。月球離地球大約40萬公里，但由于150萬公里到40萬公里之間沒有什么更大的行星，以及根據實際情況，我們將月球探測定義為我國深空探測的起點。
據介紹，此次為探月工程二期任務研制的專項測控設備——S/X頻段統一測控系統首次投入月球探測工程，目前正在嫦娥二號衛星測控任務中發揮重要作用。
嫦娥二號任務測控系統副總設計師李國民介紹說，嫦娥二號衛星繞月段40萬公里，信號微弱，動態大，對測控設備提出了更高的要求。S/X頻段統一測控系統分別部署在西安衛星測控中心的青島測控站和喀什測控站。在嫦娥二號任務中，這兩套18米口徑的測控設備將同時承擔起對嫦娥衛星的主要測控任務。可支持200萬公里以內航天器測控通信，具備與國際深空站聯網工作的能力。
錢衛平說，此次任務中，還是以S頻段測控為主，X頻段在“嫦娥二號”上進行試驗驗證后，將在后續的探月任務上使用，相信通過反復實戰演練，X頻段測控技術將在未來深空探測中發揮重要作用。
中國在深空測控領域發展步伐將不斷加快
據介紹，隨著探月工程逐步向深入展開，我國深空測控網的建設步伐將不斷加快，按照計劃安排，預計2012年建成深空測控網國內部分，2016年前后建成國外部分。
此前，我國深空測控網的建設已按規劃全面展開，初步形成一定規模，圓滿完成了嫦娥一號衛星的測控任務，為我國航天測控事業寫下了新的一頁。
隨著以嫦娥二號衛星為先導星的探月二期工程的逐步展開，中國在深空測控領域的發展步伐也將不斷加快，中國的深空探測事業前景看好。錢衛平說，目前，我國深空網建設已全面展開，正在喀什和佳木斯建設深空測控站，它們將在二期工程的嫦娥三號、四號任務中發揮作用，而南美地區的深空測控站預計到2016年左右建成，之后可以實現三站聯網，將為我國后續深空探測提供更好的測控支持。
根據任務需要，將在喀什站安裝口徑達到35米的測控天線，在佳木斯安裝口徑達到64米并同時具備三個頻段功能的測控天線，同時在南美建設第三個擁有大口徑天線的深空測控站。
其中，64米站可完成我國探月二、三期以及火星探測等深空測控任務，是我國第一套深空測控站，其作用距離約4億公里。
錢衛平說，由這三個測控站構成的三站聯網的深空測控網，將用于支持中國將來的載人登月、火星探測和其他深空探測任務。
此外，作為探月天文觀測站，“嫦娥一號”時使用的云南昆明40米口徑和北京密云50米口徑射電望遠鏡，是我國當前最大的兩個望遠鏡。目前，中科院上海天文臺正建設65米口徑射電望遠鏡，新疆烏魯木齊天文觀測站要建立80米口徑望遠鏡，這些將是未來深空測控的補充力量。
-延伸閱讀——“嫦娥”三大測控中心
西昌衛星發射中心、北京航天飛行控制中心和西安衛星測控中心。它們有不同分工，分別側重不同的測控任務，相互配合，協同工作。
西昌衛星發射中心主要擔負著發射時對火箭的測控任務，接收記錄北京中心轉發的衛星遙測數據并提供給衛星系統。準確判斷運載火箭飛行狀態，在發生故障、情況危急時立即正確分析情況即刻做出相應決策，同時必須避免錯判、誤判和漏判等動作，以保證發射段火箭與衛星的絕對安全。
北京航天飛行控制中心是嫦娥二號任務全過程的指揮控制神經中樞，是所有測控信息的集散地。它擔負著任務全過程的測控重任，測控指揮部就設在這里，便于專家們對一些重大測控事件進行分析與做出決策。針對嫦娥二號任務的106種故障預案所設定的153種故障處理對策，以及嫦娥二號衛星在奔月之路上的各種重要測控事件，無不與這個中心的指揮控制息息相關。所有測控設備接收的信息都要匯集到此進行分析處理，而對衛星發出的所有指令也要通過這里發送。
西安衛星測控中心從載人航天任務起開始作為北京航天飛行控制中心的軌道計算備份中心，在“嫦娥”任務中也是。但除此之外，“嫦娥”任務中給西安衛星測控中心賦予了確定衛星初始軌道的任務，初始軌道根數確定之后，才意味著發射的成功。而且，位于各個測控站點的測控設備上的信息有許多不能直接傳送到北京中心，必須先傳到西安衛星測控中心之后再匯集到北京中心。同時西安衛星測控中心一個極其重要的任務，是作為各個測控站的網管中心，負責各測控站任務的分配、測控站使用管理及調度。在其管理調度下，目前，我國以S頻段為主的航天測控網除擔負著載人航天任務、嫦娥任務外，還能同時為50顆以上的衛星提供測控支持。本報記者 余建斌
