中央廣播電視總臺對火箭發(fā)射過程進行了全方位的跟蹤報道，直播火箭發(fā)射畫面中航天員們在艙內比“ok”手勢反饋狀態(tài)良好。

發(fā)射指揮大廳內有條不紊的回響起一些熟悉的口令：“USB，雷達，跟蹤正常！”“遙測信號正?！?。

興奮之余你是否會生出一連串的疑問：發(fā)射過程中，速度和距離不斷變化的前提下，如何精準追蹤目標？遙測信號是什么？USB雷達又是什么？

帶著這些疑問，我們首先一起來了解下“航天測控系統(tǒng)”。

航天測控系統(tǒng)組成

航天測控系統(tǒng)按照功能分為以下子系統(tǒng)： 跟蹤測量系統(tǒng)：跟蹤航天器，測定其彈道或軌道。能精準跟蹤航天器是實現通訊的基礎，當航天器進入太空軌道之后，地面的監(jiān)控站需要時時刻刻地監(jiān)測航天器的一舉一動。

遙測系統(tǒng)：遠程測量、傳送航天器內部的工程參數和用敏感器測得的空間物理參數。

遙控系統(tǒng)：通過無線電對航天器的姿態(tài)、軌道和其他狀態(tài)進行控制。

計算系統(tǒng)：用于彈道、軌道和姿態(tài)的確定和實時控制中的計算。 計算系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的核心，要求大容量，速度高的計算機，經過計算、分析、演練確認其正確性，確保雙工工作的可靠性，定型后才能使用。各個測控站將本站數據經過處理后，集中到測控中心來進行分析和做出控制決策。

時間統(tǒng)一系統(tǒng)：保證整個測控網的時間同步。 在航天活動中，各測控站所獲取、記錄的測量數據和時間必須有嚴格統(tǒng)一的同一時間標準才能對他們進行分析和處理。10秒點火倒計時可不是為了裝酷耍帥！可以讓參與人員迅速get當前系統(tǒng)狀態(tài)，做出正確反應。實際上倒計時程序還有最后2小時、1小時、30分鐘，各個系統(tǒng)要保持同步統(tǒng)一，嚴格而科學的把火箭起飛前的各種動作按時間程序化，做到“萬無一失”。

顯示記錄系統(tǒng)：顯示航天器遙測、彈道、軌道和其他參數及其變化情況。

通信、數據傳輸系統(tǒng)：各種電子設備和通信網絡的中間設備，溝通各個系統(tǒng)之間的信息，實現指揮調度。

各系統(tǒng)之間通過通信網絡相互聯(lián)接、相互協(xié)作、相輔相成構成了一個完整的航天測控系統(tǒng)。我們之所以能看到清晰穩(wěn)定的直播畫面，前提就是測控系統(tǒng)可以持續(xù)穩(wěn)定追蹤火箭的運行軌跡

什么是遙測？

“遙測信號正?！北砻骰鸺\行的參數在理想的范圍內。 遙測是一種自動通信過程，航天測控系統(tǒng)通過遙測方式可以將無法直接訪問的測量數據傳送到測控站，從而實現對被測目標的測量和監(jiān)測。 火箭發(fā)射升空后，火箭內部的數據只能通過遙測系統(tǒng)將各種數據傳回地面，從而監(jiān)控和分析火箭狀態(tài)。如果火箭在飛行中出現問題，遙測數據幾乎是唯一的線索。

USB雷達

我們聽到的“USB雷達蹤正?！钡囊馑季褪菧y控系統(tǒng)在一段時間內連續(xù)鎖定了目標。 這里的“USB”是指“S波段統(tǒng)一測控系統(tǒng)”（Unified S Band System)的簡稱，該系統(tǒng)主要實現對航天器的跟蹤、遙測和通信等功能。

“雷達”可以獲取目標的位置和運動參數數據，工作頻率主要在S波段（頻率范圍：2-4 GHz）。它可提供目標的運動軌跡，一般由距離跟蹤支路、方位角跟蹤支路和仰角跟蹤支路組成，分別完成對被測目標的距離，方位和仰角的自動跟蹤。實現這個跟蹤過程，需要在雷達和被測目標之間建立閉環(huán)反饋控制。

例如：雷達要獲得監(jiān)測目標的精準數據，需要經過雷達主反射面（就是我們熟悉的大鍋）聚焦以后，在空中形成兩片橢圓形葉子狀的信號且彼此部分重疊，真正對目標有用的，正是信號疊加的中間部分。當雷達自動跟蹤一個目標時，如果監(jiān)測目標處在兩波束交疊軸OA方向，收到的信號強度相等。換言之當兩個波束收到的回波信號相等時，等信號軸所指方向即為目標方向。

某一瞬時因目標運動到一個新的位置而偏離了天線電軸指向（即OA方向），目標與天線電軸指向之間就會產生一個夾角，稱為角誤差。

角誤差使天線系統(tǒng)有誤差信號輸出（如果目標處在OB方向，角誤差為θ，波束2的回波比波束1的回波強；處在OC方向時，角誤差即θ′，波束2的回波較波束1的回波弱，因此比較兩個波束回波的強弱就可以判斷目標偏離等信號軸的方向），接收機對誤差信號進行放大和變換后送到天線的方位、仰角驅動放大器的輸入端，經功率放大后控制方位、仰角驅動電機，改變天線電軸指向，使天線電軸重新瞄準目標，這就是雷達對目標的角坐標自動跟蹤過程。

但實際上要實現穩(wěn)定跟蹤，被測目標需在一定范圍內，生成的誤差才可以生成反饋信號推動天線轉動。一旦目標超過這個范圍，就無法做到誤差收斂，導致丟失。

這就需要一臺低精度的雷達”小秘“作為輔助，它的波束會更窄。

被測目標在觀察范圍內時，能獲得有效的反饋電壓實現自跟蹤，將目標角度信息縮小到1度以內。一旦捕獲目標，就可以通過跟蹤誤差獲得的反饋電壓，推動雷達天線隨著目標的運動而運動，要想找到目標，有了這個輔助裝置，再想要逃出“雷達的手掌心”可就沒有那么容易了。

“USB雷達”在S波段統(tǒng)一測控系統(tǒng)中主要完成目標航天器的跟蹤功能。 我國有自己建立的USB測控體系，包括地面測控站和部署在大洋上的遠望號測控船，以便實時測量火箭和飛船的飛行狀態(tài)。目前我國的測控站點分別分布在酒泉、天津、青島、廈門、渭南、智利等地。

但是任何一個地面站都不可能隨時與被跟蹤航天器構成通信鏈路，根據被跟蹤航天器的飛行軌道和地面站的布站位置不同，在某個飛行圈次，與一個地面站的通信時間一般在3～8分鐘之間。為了提升測控系統(tǒng)的覆蓋能力，需要在地球表面適當的位置大范圍的布置相當數目的測控站。

但是受地域和安全等客觀條件的限制，不可能無限增加地面測控站的數量，大量使用海上測量船代價又太高。為了擴大跟蹤范圍，將測控站搬到同步定點衛(wèi)星上，中繼衛(wèi)星一般位于地球同步軌道，覆蓋范圍廣，通過遙測，對航天器的信號中繼后轉發(fā)回地面測控站。

中繼衛(wèi)星數據傳輸容量大、傳輸速度高，將天地傳輸從“羊腸小道”變成“高速公路”。測得準，才能控得準，才能維持地面站和航天器之間可靠的通信鏈路，因此中繼衛(wèi)星重要性不言而喻。

我國航天測控網發(fā)展

我國網絡通信研究院自主研制的天鏈一號地面終端站，新建的多套固定站、車載站、便攜站和升級改造后采用高階調制、高效編碼等技術的衛(wèi)星通信設備的硬件及軟件，共同組成的航天測控系統(tǒng)，足夠的衛(wèi)星通信傳輸能力，可以滿足載人空間站長期在軌運行數據傳輸的要求。想和航天員們電話視頻聊個天？還想聽個“太空網課”？那都不叫事，你就說說咱的測控系統(tǒng)的業(yè)務能力是不是杠杠的。

現如今能去太空上班是最令人羨慕的“出差”，然而讓人羨慕的背后卻有太多的艱辛，每一次發(fā)射任務成功的背后，都是無數航天科研人員日復一日地堅持。那些聽起來很平常的穩(wěn)定跟蹤正常的口令，實現是十分不易的，每一次的發(fā)射任務不到最后一刻誰也無法真正的放心，每一個任務關鍵點的成功與否，都可以決定著航天器未來的“前途”是否一片光明。

我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展意義重大，它彰顯著中國科技更進一步的飛越，是人類科技發(fā)展的未來。未來航天事業(yè)的發(fā)展，是星辰大海的浪漫征途，更是荊棘叢生的漫漫飛天路。但只要一代代平凡而又偉大的“航天筑夢人”不放棄，就一定可以完成我們“中華民族的飛天夢”。

審核編輯：劉清