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

發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！”“遙測信號正常”。

興奮之余你是否會生出一連串的疑問：發射過程中，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”。

航天測控系統組成

航天測控系統按照功能分為以下子系統： 跟蹤測量系統：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，地面的監控站需要時時刻刻地監測航天器的一舉一動。

遙測系統：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：通過無線電對航天器的姿態、軌道和其他狀態進行控制。

計算系統：用于彈道、軌道和姿態的確定和實時控制中的計算。 計算系統是整個測控系統的核心，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。

時間統一系統：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當前系統狀態，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，各個系統要保持同步統一，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：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：各種電子設備和通信網絡的中間設備，溝通各個系統之間的信息，實現指揮調度。

各系統之間通過通信網絡相互聯接、相互協作、相輔相成構成了一個完整的航天測控系統。我們之所以能看到清晰穩定的直播畫面，前提就是測控系統可以持續穩定追蹤火箭的運行軌跡

什么是遙測？

“遙測信號正常”表明火箭運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測。 火箭發射升空后，火箭內部的數據只能通過遙測系統將各種數據傳回地面，從而監控和分析火箭狀態。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雷達蹤正常”的意思就是測控系統在一段時間內連續鎖定了目標。 這里的“USB”是指“S波段統一測控系統”（Unified S Band System)的簡稱，該系統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反饋控制。

例如：雷達要獲得監測目標的精準數據，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波段統一測控系統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。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星上，中繼衛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回地面測控站。

中繼衛星數據傳輸容量大、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，因此中繼衛星重要性不言而喻。

我國航天測控網發展

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星通信設備的硬件及軟件，共同組成的航天測控系統，足夠的衛星通信傳輸能力，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的業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定跟蹤正常的口令，實現是十分不易的，每一次的發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。

我國航天事業的蓬勃發展意義重大，它彰顯著中國科技更進一步的飛越，是人類科技發展的未來。未來航天事業的發展，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