原创 USB+VLBI,两套测控网联袂牵手嫦娥

       地、月相距40万公里，电波往返一次也要2秒多，要保证地面对卫星“看得见”、“测得准”、“控得住”，始终保持“跟踪正常、遥测数据正常”，就要有高精度的航天测控网。由于嫦娥卫星的最大反射面积只不过30平方米左右，就是用最大口径的光学望远镜也看不到如此遥远的嫦娥卫星。那么，我们的科学家们是如何遥控嫦娥的呢？

       本次测控采用了USB和VLBI两个测控网，USB为主，VLBI为辅。USB（Unified S-Band，统一S波段）航天测控网是已有的测控网络，过去用于地球卫星及神舟飞船的测控，这次主要还是利用这套系统对嫦娥卫星进行测控；VLBI是中科院新建的太空测量网，其特点是能够对深空目标进行精确测量，绕月卫星的测量精度误差在几百米范围内，这次用于测量卫星在变轨和绕月飞行过程中的准确位置。

       USB工作在2200～2400MHz波段，由天线、接收和发射机、后端基带设备组成。我国的USB航天测控网由西昌卫星发射中心、北京航天指控中心、西安测控中心、喀什站、青岛站以及远望测量船组成，主要完成对航天器跟踪测轨、遥测接收、遥控发令、话音和图像收发任务。   

      USB大家都比较熟悉了，所以这里重点介绍一下VLBI。我们知道，射电望远镜是一种探测带电天体的手段，其空间角分辨本领与它的口径大小成正比，望远镜的口径越大，分辨本领就越高，可以分辨更小的结构。然而，受技术和经费所限，人们不可能无限制地增大望远镜的口径，单个望远镜的口径总是有限的，目前世界上最大的可全方位旋转的射电望远镜的口径达100米左右。

位于北京密云的50米口径射电天文望远镜接收电线

       为了进一步提高射电天文观测的本领，射电天文学家发展了甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）技术, 其基本原理是采用信号的干涉。基本原理是这样的：同一天体发射的无线电波通过不同的路径到达不同的射电望远镜，将不同射电望远镜接收到的数据进行相关处理，即可测量出该天体所发射的无线电信号的相关特性。这样得到的分辨率不再依赖于望远镜口径的大小，而是取决于各望远镜之间的距离，因此望远镜之间的距离越长，分辨本领越高。推而广之，天文学家为了获得某天体尽可能多的信息，就采用若干个分布在遥远距离上的射电望远镜，即构成一个VLBI网。

       我国于1987年和1993年先后在上海佘山和乌鲁木齐南山建设了两台25米口径的射电望远镜。这两座望远镜已成为欧洲VLBI网和亚太VLBI网的成员。由于我国两个VLBI站的加入，使得欧洲VLBI网的分辨率提高了一倍以上。为了探月工程的需要，又在北京密云和昆明凤凰山建设了两座口径分别为50米和40米的射电望远镜。       

       本次探月工程中，将利用我国本土的4座射电望远镜组成VLBI测量主干网，获得的数据将传输到上海，数据经过汇总处理后，获知嫦娥的精确位置。

       由于地理位置的限制，利用我们自己的4个天文望远镜每天只有6～8个小时内能看到嫦娥卫星，其它时间都是空的。这样当然不行，所以这次还动用了远望一号、远望二号两艘测量船上的望远镜，以及欧洲航天中心（位于法属圭亚那的库鲁）的射电望远镜，共同组成全球VLBI测量网，对嫦娥卫星实施全时段精确测量。

       嫦娥探月工程将VLBI测量网与USB连接起来，组成了一个混合测控系统。这样，VLBI网会将卫星的所处的位置、速度等信息及时地传送给USB网，完成对嫦娥卫星的精准测控。

       在嫦娥卫星发射之前，嫦娥卫星测控中心利用欧空局SMART-1月球探测器进行了USB＋VLBI综合测轨、定轨试验，以验证测控系统对环月探测器的测轨、定轨能力，取得了满意的结果。

PS: 卫星的接收天线面积很小，信号接收能力很弱，是不是通过加强地面站的发射功率来解决这个问题的？