俄罗斯深空测控通信技术的发展及现状 接下篇.doc

俄罗斯深空测控通信技术的发展及现状 接下篇 李平，张纪生 （北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094）     摘 要：简单总结了俄罗斯（前苏联）深空测控通信技术的发展过程，主要介绍了俄罗斯深空网目前的组成和技术现状以及正在研制的尽可能符合CCSDS建议的新的深空测控设备。    关键词：深空探测；深空网；测控；通信；评述 一、引言    探测和利用深空一直是人类的理想。自1959年1月苏联首次用“月球1号”探测器探测月球以来，在40多年的时间内，除最远的行星——冥王星外，人类的视觉和触觉借助航天技术已延伸到太阳系的所有行星及其部分卫星。        21世纪，人们向太阳系行星的探测将从2个方向继续进行。一是继续探索未知的科学领域，可能有3个重点：对人类从未访问过的冥王星进行探测；对水星增加探测机会；加强对“木卫2”和“土卫6”的深入研究，弄清是否存在生命。二是利用人类已掌握的航天技术开发利用月球及火星。    人类要进行深空探测，必须建设深空测控通信网，它是人类与深空探测器联系的通道和纽带，在深空探测任务中起着关键的作用。由于深空任务周期较长、通信时延巨大、链路带宽有限、信号微弱、数据更加关键可贵等一系列原因，使得深空测控通信与地球轨道航天器的测控通信有很大差异，实现起来更为困难。    就技术角度来讲，深空探测无论对星上设备还是对地面设备都是一种挑战，可以带动许多相关技术的发展，如巨型天线、发射机、低噪放、编解码等。二、俄罗斯（前苏联）的深空研究计划        1.月球研究计划        1959年1月，前苏联向月球发射了第一个月球探测器——“月球-1”。“月球-1” 从 月 球 旁边约5 000 km的地方飞过去了，未能到达目的地。紧接着发射的“月球-2”于1959年9月到达了月球，“月球-3”于同年10月完成了环月飞行，拍摄了月球背面的照片并将其传送到地面。这些探测器采用米波段无线电设备接收指令、进行轨道测量和向地面传送遥测信息，测量精度和信息传送速度都比较低。1963年到1966年，发射了第二代探测器“月球-4”到“月球-14”。其中，“月球-9”于1966年2月首次成功着陆月球，并向地面传送了首批月球表面的全景图。第三代月球探测器“月球-15”到“月球-24”都装有软着陆系统，其任务是把各种探测装置送到月球表面。其中“月球-17”和“月球-21”分别于1970、1973年成功地将月球车送到了月球表面。        2.金星研究计划        1961年发射了“金星-1”，虽然该探测器远在到达金星之前就中断了与地球的联系，但在该任务中研制的“冥王星”深空通信系统却获得了成功，在叶夫帕托里亚建立了当时最庞大的70 m深空站，极大地拓宽了宇宙探索的范围。1965年11月发射的“金星-2”和“金星-3”在几乎到达目的地时与地球失去了联系。1967到1969年间发射的“金星-4”到“金星-6”探测器成功地探测了金星的大气层，获得的数据直接送回了地球。“金星-7”的着陆虽然失败，但在着陆过程中探测到了大气温度。1972年，“金星-8”完成了在金星阳面的着陆，金星第一阶段勘测任务到此结束。随着1975年新一代探测器“金星-9”和“金星-10”的发射，开始了金星综合研究阶段。1978到1981年发射了相似的“金星-11”到“金星-14”探测器。由于产生的科学数据大大超出了直接传送方式的传输能力，开始采用存储转发方式向地面传输数据，传输速率为3 072 bit/s。1983年发射了“金星-15”和“金星-16”，一年内拍摄到30%左右的金星表面，分辨率达到1 km左右。        3.“织女星”计划        1973年，前苏联和法国开始共同研究建造游弋于金星大气层的大型航天器。1981年决定在“金星”探测器的基础上建造一个飞行器，近距离研究1986年飞过的哈雷彗星，从而诞生了“金星——哈雷彗星”计划（“织女星”计划）。该任务中，探测器的信息传送和轨道测量基本没有困难，但要求昼夜接收气球探测器的速度矢量、坐标以及观测数据。为此，决定利用美国深空网的设备。该任务进行前，在乌苏里斯克建立了第二个70 m站。任务中还动用了6个苏联和4个国外的最大的射电望远镜，从而保证了每30～60 min与气球探测器进行一次通信联系，每次持续5.5 min。        4.火星计划    继1962年“火星-1”计划失败后，1969年发射的3个“火星-69”也失败了。1971年，带有可在火星表面着陆探测器的“火星-2”和“火星-3”进入了火星卫星轨道，但“火星-2”探测器在着陆过程中撞毁，“火星-3”的探测器未能发回有效信息。1973年发射了“火星-4”到“火星-7”，“火星-6”的探测器成