对已星有作用力等等。这些因素将使卫星运动产生摄动,从而使卫星的轨道成为一条接 近开普勒椭圆的复杂曲线。 三、轨道参数 卫星的轨道可由六个基本参数(又称轨道根数)来完全描述和确定 (1)长半轴a——轨道椭圆长轴之半,它确定了卫尾运动轨道的周期。 (2)倾角氵—轨道平面与地球赤道平面之间的夹角,常以地心至北极方向和轨道 平面正法向之间的夹角来度量,i=90°为极地轨道。 (3)轨道偏心率——轨道椭圆两焦点之间的距离与长轴的比值,其大小在0-1 之问,e=0为圆轨道 (4)升交点赤经Ω——春分点与升交点对地心的张角,在赤道面内度量 (5)近地点幅角a一升交点与近地点对地心的张角,在轨道内度量。 (6)过近地点吋刻t卫星经过近地点的时刻。 述六个基本参数中,a和决定卫星轨道的大小和形状,i利Ω2决定卫星轨道平 面在空间同的位置,a决定椭圆在轨道面上的方位,t决定卫星在轨道上的时间关系。图 31为]星轨道与轨道根数的示意图 卫星轨道平面 星下点轨迹区卫星 黄道面 降交点 春分点/升交点 赤道面 多多星轨道地球 图131卫星轨道与轨道根数 上图中星下点轨道与黄道相交的两点分别叫做“升交点”和“降交点”。其中、当 卫星由南半球向北半球运动时过升交点,由北半球向南半球运动时过降交点
14航天测控系统 概述 发射航天器的目的是让航天器去执行各项任务,而要达到这一日的的前提是航天器 必须按照预定的飞行计划飞行,航天测控系统就是保让航天飞行器按预定计划飞行的系 统,航天测控系统的功能与任务就是对航夭器进行跟踪、测量、监控和信息交换。以往 的航天测控系统除了空间飞行器设备之外,其系统的主体部分均设置在地球上,这称之 为“地基測控系统”。随着航天技术的发展,出现了GPS(全球定位系统)和中继卫星系统, 匕们在航天测控中扮演了越来越重要的角色,从而构成了新的測控系统——“大基测控 系统”。未来的航天测控技术发展趋势是:由地基测控网向天基测控网发展,H前是两 种測控系统共冇。鉴厂我国目前的測控技术状况,木书熏点介绍地基测挖系统;关小天 基测控系统,将在第九章和第十章中予以介绍。 航天测控系统包括跟踪测量系统、计算机系统、无线电遥控系统和通信系统 跟踪测量系统有光学跟踪测量和无线电跟踪测量系统以及无线电遥测系统。其中跟 踪測量主要是精密测量导弹和航天飞行器的飞行轨道参数、如坐标、速度、加速度等等 称为外弹道测量、简称‘外测”,夲书只介绍无线电跟踪測量系统。而无线电遥测是测 最导弹和航天飞行器內部的工作状态,宇航员的生物学参数,各种工程參数利侦察参数. 这种测量称为“内弹道测量”,简称“内侧 计算机系统包括大型计算杋和程序系统(包括管理程序、信息收发程序、数据处理 磲序、轨道计算程序、遥測控程序等)、其功能是对信息进行处理加利控制。 遥控系统的任务是对航天器进行实吋控制,其控制分成两类:一类是一次性控制, 如在飞行器试验中发生故障,需从地面发出控制指令使枚障弹“白毁”,这称为“安余 倥制”,简称“安控”。另一类是对航犬飞行器的运行进行指令控制,使航大器肭仪器设 备改变下作状态,开机和关机,完成规定的操作 通信系统完成控制中心、测控站以及航天器之间的信息传输,它包括通中心、通 信台蚱和各种线路,通过有线和无线信道把航天控制中心与各测控鲇、航发射场以及 回收区联系起来,形成航天测控通信网。 按照测控的对象不同,测控系统可分为:导弹測挖系统、卫星测控系统和飞船测控 系统。 导弹测控系统的主要设备通常布置在导弹试验靶场,并在适当地点分设測控站、包 括海上测控船,执行导弹飞行试验的测量与控制任务,为导弹飞行试验成功提供必要的 技术保障,同耐还提供飞行试验过程中的全部资料数据,以鉴定导弹的战术技术性能 总体设计方案与各分系统的设计方案的合理性,并正确判断飞行试验的故障等。这些数 据也是修改设计的基本依据。 卫星测控系统是指保在卫星的发射、运行以及同收过程中完成各种测量、控制任 务的技术系统。它的作用除了在整个飞行过程中提供全部资料数据及安全控制外、.还要
对卫星进行姿态控制和各种必要的机动控制。由于卫星担负的任务比导弹要复尔、日在 空间停留的时问长,还要有各种各样的控制:如星上电源开关、轨道数据注入、各种量 上设备的动作、姿态发动机点火等。与导弹测控系统相比,卫犀测控系统的挖制功能显 然要复杂的多。 飞船测控系统的測控对象通常包括载人与不载人的航天飞行器。与两种测控系统 相比、飞船测控系统更复杂、更庞人,其挖制任务更多,因为飞船的运行轨道需要变轨、 有吋还有交会、对接、停靠等要求;载人飞行吋,还需增加宇航员的生物学参数澌景 空间利地而通信对话等 不论哪种测控系统,其基本的工作原理是相同的、下面从一般性的角度出发,介绍 航天测控系统的组成 航天测控系统由航天控制中心和分布在各地的航天测控站组成。 、航天控制中心 航犬控制中心是航天器飞行的指挥控制机枃。它的任务是:实吋指挥利控制瓶天测 控站,收集、处理和发送各种测量数据,监视航天器的轨道和姿态以及设备的作状态, 实时发送控制指令,确定轨道参数,发布轨道预报等 去各测控站 大屏幕 测量船 显示 无线数 监视台 传通信 信息数据 处理中心 指挥台 去各测控站有线数 调度台 传通信 时统设备 气象资料 图1.32控辋中心功能图 航人控制中心由数据处理系统、软件系统、通信系统、指挥监控系统利吋间统一系 统组成。数据处理系统包含多台大型高速计算机和软件系统,实时处理或事后处理由各 测控站汇集来的数据;软件系统包括管理程序、信息和数据处理程序等,控制中心通过 十算机软件实施对整个测控系统和航天器的控制和管理;通信系统包括地而通信和空间 〔卩星通信系统,由各种通信设备和数传设备组成,它负责控制中心与各测控站、发射 场、回收区之阃的通信联系和数据传输;指挥监控系统由各种监控台、屏幕显示等设备 组成,其功能是直观地显示各测控站的设备工作状态、航大器运行情况、使指挥挖制人
岿随时掌握航天器的运行情况,并实时下达指挥命令和发出控制指令;时间统…系统山 高精度时钟、标准时频信号源及相应的接口设备组成,为控制中心和各测控站提供标准 时间利频率。佟1.32为航天控制中心的简化功能图。 三、航天测控站 航天测控站冇固定站和活动站之分,如远洋测量船就是海洋上的活动測控站.根据 測挖域的要求,测控站分布在很广的范围,其布站可在国十境内,也可在个球适合的 地点 航天测控站的任务是直接对航大器 进行跟踪测量、遥测、遥控和通信等, 将接收到的测量、遥测信息传送给航天 外测设备遥测设备遥控设备 控制中心,根据航大控制中心的指示与 航天器通信,并配合控制中心完成对航 天器的控制。測控站也叮以根埚规定的 数据处理计算机 棍序独立实施对航天器的控制。航天测 控站的设备包括外测系统、遥测系统 气象资料 遥控系统、通信系统、电视系统、肘统 指挥显示设备 系统、计算机系统以及辅助设备。其中 外测系统是测控站的主体部分,其任务 是对航天器进行跟踪测量,获取航天器 图1.33测控站功能图 的运动参数,确定航天器的轨道和位置。遥测系统的任务是接收从航天器发送出米的关 航人器上设备工作特况、空间环境参数和宇航员的生理信息等。电视系统则接收有关 伐人航天器的动态作业情况,观察宇航员在航天器内和舱外空间的情况.图1.33为測挖 站的功能图 图134则是前苏联的“联盟”号宇宙飞船与美国“阿波罗”号守飞船交会对接测 控系统协同示意图。在飞行控制中心的大厅内装有各类显示设备,指挥控制人员从人 屏幕显示器上观察飞船在各个飞行阶段上的轨迹及飞船的运动情况。测控中心的信息计 算裝置把经过计算得到的有关控制飞船杋动的参数送到测控站,由测控发出折令、使 飞船完成交会对接过程
ATS--6通讯卫年 “阿波罗 “联盟 飞船间通信 A①D 领费 指令 内电”号 线电话N小无线电话 通信卫星 电视 星通信 意 丝测控站 地面通1 地面通信信道 信道 休斯顿飞控中心 奠斯科飞行控制中心 画 图134“联”号与“阿波罗”号交会对接控系统协冏示意图