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详解神七着陆场系统建设六大亮点

  中新网9月28日电 北京时间9月25日21时10分许,中国自行研制的第三艘载人飞船神舟七号,在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭发射升空。据中国载人航天工程网消息,从神七升空的那一刻起,着陆场系统便进入紧张的倒记时,分布在祖国各地的搜救队伍严阵以待,做好飞船随时返回的搜救准备工作。

  载人航天工程着陆场系统总设计师吴斌介绍,作为标志着整个飞行试验任务是否圆满成功的关键一环,着陆场系统的首要任务是尽快搜救到返回地面的航天员,与前六次任务相比,神舟七号着陆场系统在信息获取、快速反应能力、通信等方面都有很大变化,主要体现在六个方面:

  机动高效的空中搜救指挥平台

  空中搜救指挥平台是着陆场系统的一大亮点,也是神舟七号整个飞行试验过程的亮点之一。

  从神舟一号到神舟六号,对返回舱搜索搜救采用的是空中搜救为主、地面搜救为辅的模式,即通过空中直升机搜索,发现返回舱后将信息传到地面指挥所,由指挥所命令地面搜救力量进行营救航天员和处置返回舱的工作。通过六次的实战验证,这种搜救模式渐渐突显出弊端,一是搜救人员队伍和装备过于庞大,给组织管理和信息联络带来不便;二是中间环节繁琐,快速反应能力较弱,大大影响了搜救工作的时效性。自神舟六号任务以来,北京跟踪与通信研究所承担着陆场系统建设总体设计的科研人员,攻坚克难,大胆进行综合集成创新,确立“控制规模、增强功能、有效整合”的原则,将搜救模式转变为“空中搜救航天员、地面处置返回舱”的组织指挥模式,通过建立空中搜救指挥平台,将搜救的组织指挥从地面转移到空中,简化了中间环节,保证了各种信息的迅速传输,更便于北京联合指挥所及时掌握航天员搜救工作进展。

  该平台由主着陆场地理信息和数据处理系统、北斗指挥型用户终端等设备组成。主要功能有:一是对飞船实时返回轨道数据、落点预报数据的接受与显示;二是对搜救载体态势信息的接收与显示;三是任务中的指挥通信。着陆场地理信息和数据处理系统主要接收北斗指挥用户终端发送的搜救载体态势信息,以及北京中心发送的飞船返回舱返回轨道数据、落点预报数据和工程遥测处理结果数据,通过对上述信息进行处理后叠加显示在主着陆场区电子地图上,监视搜索返回舱态势,为指挥员提供搜索辅助决策信息。建立新型的卫星通信和超短波通信系统,为空中搜救队伍与北京中心之间的信息传输提供了可靠的话音和数据的通信链路。北斗指挥型用户终端汇集主着陆场各搜救载体的位置信息,同时传输到地理信息和数据处理系统。通过以上技术手段,实现了对返回舱搜索的无缝链接。

  科学精干的搜救资源分布

  着陆场系统与其它六大系统比较,最特殊的就是队伍庞大、涉及部门多、指挥协调工作量大。吴斌如是说,今后着陆场系统建设要朝着组织精简、快速机动的方向发展。

  神舟七号返回舱的搜索充分利用了我国已有的应急机制来完成,最大限度地压缩了地面搜救队伍、车辆和相关设备。这种压缩不是简单的增减,是在科研人员的反复论证和演练,通过一定的技术手段支撑,确保搜救工作各环节做到万无一失。系统内优化整合的有:将原陆上上升段的4个应急救生区压缩成3个,综合应用主、副着陆场的搜救力量,使其负责从发射场到山西榆次大约1100公里上升段的应急救生,另外区域由济南军区负责实施应急搜救;上升段海上应急溅落区划分给交通运输部负责,打捞船由6艘减至3艘;运行段应急搜救简化了空中机动搜救规模,取消了两架伊尔-76和搭载搜救车队。

  首次应用北斗卫星导航定位系统

  北斗卫星导航定位系统即双星定位导航系统,是一个全天候、高精度、快速实时的区域性导航定位系统,由我国自主研发、运行管理的导航定位系统。据吴斌介绍,北斗卫星导航定位系统将继美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO三大定位导航系统后,成为全球卫星导航定位又一新的定位系统。

  北斗卫星导航系统是首次参加神舟飞行试验任务,科研人员在经过大量的试验后,最终确定在北京任务联合指挥所和主副着陆场配置指挥用户终端,以完成对主、副着陆场北斗指挥型用户终端和着陆场搜救载体北斗通信型用户终端的指挥和信息传输,以及完成北斗综合态势系统和北京中心的数据传输。主、副着陆场配置的指挥型用户终端,主要完成对所属搜救载体北斗通信型用户终端的指挥和信息传输。在搜救直升机和固定翼飞机等搜救载体上安装机载用户终端,实时掌握搜救载体的位置。另外,北斗卫星导航定位系统兼有短信功能,指挥员可通过发短信的形式搜集搜救信息和发布指令,实现统一指挥调度,最大限度地实现快速有效搜索返回舱和营救航天员的目的。短信内容最多可发170个汉字。

  可靠有效的无线电测量定位系统

  由于受气动、地形地貌等诸多因素的影响,返回舱着陆的姿态不能像人们设定的那样,直立于地面,往往会发生倾斜或倾倒状态。一旦出现这种状态时,返回舱发出的信号会发生极化变异,导致空中或者地面的搜救队伍收不到信号或收到很弱的信号,从而给搜索搜救带来困难,延长航天员出舱时间。

  从2006年7月到2008年3月,北京跟踪与通信技术研究所的科研人员经过系统仿真、分析论证、野外测试等上百次的试验,成功研制出无线电测量定位设备,实现了导航定位设备与返回舱信号极化状态下的匹配。一发一收,不管返回舱着陆姿态如何变化和任何地形,在一定距离内,高空、中空和地面的定向设备都能准确捕获到返回舱的信号,确保救援人员在第一时间赶到现场。该设备利用了GPS定位系统、北斗导航定位系统,使目标定位更加精准。无线电测量定位系统的研制成功,突破了国外定向仪只能接收处理垂直极化的局限,填补了国内空白,达到世界先进水平。

  周密安全的返回舱夜间回收

  神舟七号是夜晚发射,傍晚返回,搜索返回舱是在天气越搜越黑的条件下进行,给搜索工作带来了极大不便。根据这一情况,着陆场系统的科研人员总结以往任务夜间搜索回收的经验,在充分发挥机载超短波定向仪和北斗导航定位综合态势系统作用的基础上,在搜索直升机上安装了机载红外助降设备和大功率搜索探照灯,以保证在距离地面300至500米的范围内,驾驶员能够准确辨别出高压线、房屋、树丛等地形地貌,能在比较大的范围内找到一块理想的降落地。另外,为空降兵小组配备了便携式夜视仪,给航天员随身携带有国际救援示位标手机、铱星电话、卫星定位仪、救生信号枪、海水染色剂、救生口哨等表位示位与通信设备。返回舱着陆后,航天员可用铱星手机与北京任务指挥所进行话音通信,空中搜救分队的医监医保医疗救护作业人员利用直升机上的通话电台,实现与航天员的话音通信。强大的技术保障、全方位的立体布控,大大提升了夜间回收返回舱的能力,为实现快速有效搜救的目标奠定了基础。

  先进精准的“黑障”跟踪测量技术

  黑障区是指飞船开入大气层时,由于快速下降,与大气剧烈摩擦在飞船周围形成一层等离子鞘套,导致飞船与地面失去通信联系,从而使指挥部门不知道飞船的状态。

  飞船在黑障区的飞行大约有三、四百秒,由于信号中断,这是最危险的阶段。为了攻克这一课题,科研人员,在系统内配置了两部有限电扫雷达,可以对黑障区返回舱进行跟踪测量。这些精确测量数据会及时传输到北京飞行控制中心,从而计算出返回舱的返回轨道,并预报出返回舱的着陆点,这是快速有效搜救航天员的重要前提。

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