文|高佳蕊

中國衛(wèi)通衛(wèi)星測控中心

一、引言

衛(wèi)星測控的具體任務(wù)是通過跟蹤測量、遙測遙控，對衛(wèi)星的軌道及工作狀態(tài)進(jìn)行全壽命實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，快速處理衛(wèi)星突發(fā)故障，全力保證衛(wèi)星安全，保障業(yè)務(wù)暢通。中國衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司衛(wèi)星測控中心是國內(nèi)最大的民商用高軌衛(wèi)星測控中心，長期從事地球同步軌道大容量通信衛(wèi)星在軌管理工作。

隨著公司運(yùn)營規(guī)模擴(kuò)大，在軌衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)的“一星一系統(tǒng)”的建設(shè)和運(yùn)管模式引發(fā)了星隊(duì)測控管理復(fù)雜，人工操作量大、測控質(zhì)量難保證、地面系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維成本高、地面資源備份能力差等諸多問題，原有模式難以滿足公司發(fā)展的要求。中國衛(wèi)通衛(wèi)星測控中心抓總研建多星統(tǒng)一測控平臺(tái)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、松耦合的高可靠、開放性、可擴(kuò)展架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多星測控操作和衛(wèi)星應(yīng)急處置的自動(dòng)化，以及測控資源的“池化”管理，對內(nèi)確保衛(wèi)通星隊(duì)高質(zhì)量、高效率運(yùn)行，對外提供測控服務(wù)創(chuàng)造高效益。自2020 年上線以來，平臺(tái)圓滿完成建黨100 周年、冬奧會(huì)、黨的二十大等多次廣電安播保障任務(wù)及多顆衛(wèi)星接管、漂星、離軌及衛(wèi)星應(yīng)急處置等重大操作任務(wù)。平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)

二、平臺(tái)介紹

多星統(tǒng)一測控平臺(tái)包括遙測遙控、通道資源、快速定軌、業(yè)務(wù)支撐四大分系統(tǒng)，采用六站雙網(wǎng)主備中心布局，有效支撐38°E～165°E 地球同步軌道衛(wèi)星在軌管理。多星統(tǒng)一測控平臺(tái)四大分系統(tǒng)組成如圖2 所示。

圖2 多星統(tǒng)一測控平臺(tái)四大分系統(tǒng)組成

1. 遙測遙控分系統(tǒng)

此分系統(tǒng)根據(jù)測控管理業(yè)務(wù)平臺(tái)化的頂層規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了不同平臺(tái)、多顆衛(wèi)星全壽命周期的平臺(tái)及載荷管理，具備衛(wèi)星測控任務(wù)自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)發(fā)令、智能化監(jiān)控預(yù)警以及衛(wèi)星故障自診斷、自處理功能，支持已在軌衛(wèi)星及新發(fā)射衛(wèi)星的快速入網(wǎng)測控。

2. 通道資源分系統(tǒng)

此分系統(tǒng)對地面測控資源進(jìn)行整合，不僅實(shí)現(xiàn)中國衛(wèi)通地面測控資源統(tǒng)一管理、自動(dòng)化調(diào)度以及新增資源的即插即用，而且充分考慮與其他測控運(yùn)營商間資源統(tǒng)籌規(guī)劃需求，將衛(wèi)通測控資源由原來縱向切分的多套“臺(tái)站”模式轉(zhuǎn)變成橫向切分的多種“資源池”模式。目前，平臺(tái)已將北京、沙河、懷來、喀什等7 站30 余副天線納入資源池，建立了覆蓋38°E～165°E 的測控網(wǎng)。多星統(tǒng)一測控平臺(tái)資源池如圖3 所示。

圖3 多星統(tǒng)一測控平臺(tái)資源池

3. 快速精確定軌分系統(tǒng)

此分系統(tǒng)采用雙中心+四測站布局，由北京測定軌中心、都江堰測定軌中心、懷來站、都江堰站、喀什站以及深圳站構(gòu)成，可對覆蓋弧段內(nèi)所有地球同步軌道衛(wèi)星實(shí)施測定軌服務(wù)。系統(tǒng)任務(wù)接入便捷，全流程自動(dòng)化，僅用4～6 個(gè)小時(shí)即可獲得滿足在軌管理精度要求的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)，定軌精度優(yōu)于1km，為衛(wèi)星日常管理、多星共位、漂星以及離軌等多種任務(wù)場景提供了安全可靠的數(shù)據(jù)支撐，提高了在軌管理的質(zhì)量和效率。截至目前，系統(tǒng)已經(jīng)為多家衛(wèi)星運(yùn)營商提供了商業(yè)測定軌服務(wù)。

4. 業(yè)務(wù)支撐分系統(tǒng)

此分系統(tǒng)搭建了云平臺(tái)計(jì)算存儲(chǔ)資源池，采用多中心分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高平臺(tái)可靠性，構(gòu)筑了符合國家等保三級要求的安防體系。中心部署應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、磁盤陣列、客戶端、瘦客戶端等設(shè)備，主要為遙測遙控、通道監(jiān)視及快速定軌任務(wù)提供基礎(chǔ)業(yè)務(wù)支撐。

三、平臺(tái)成效

多星統(tǒng)一測控平臺(tái)的核心任務(wù)是支撐衛(wèi)星測控業(yè)務(wù)高質(zhì)量、高效率地完成，通過降本增效、減員增效以及對外提供測控服務(wù)創(chuàng)造高效益。經(jīng)過前期大量測試驗(yàn)證以及實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，平臺(tái)在實(shí)際工作中取得了明顯成效。

隨著平臺(tái)自動(dòng)化、智能化能力的逐步釋放，原有以“值班保障、人工操作”為主的衛(wèi)星測控運(yùn)行與管理模式逐步淘汰。依托平臺(tái)先進(jìn)的多星多任務(wù)自動(dòng)化統(tǒng)一調(diào)度能力，衛(wèi)控中心日常測控任務(wù)已實(shí)現(xiàn)100%自動(dòng)化執(zhí)行，大大降低了人為操作量和操作失誤風(fēng)險(xiǎn)。平臺(tái)建成后星均運(yùn)管人數(shù)從4.7 人/星下降至1.8 人/星，日常星隊(duì)運(yùn)管值班人員由每班4 人減至每班1 人；星均運(yùn)行成本從95 萬元/年下降至60.4 萬元/年，降幅達(dá)到33%，切實(shí)實(shí)現(xiàn)了降本增效及減員增效。針對新發(fā)射衛(wèi)星無需新建地面資源及系統(tǒng)，僅需通過對現(xiàn)有資源池合理規(guī)劃與配置，完成新衛(wèi)星測控?cái)?shù)據(jù)裝訂驗(yàn)證，就能執(zhí)行相應(yīng)測控任務(wù)，單星建設(shè)總成本節(jié)約3000 余萬元，建設(shè)周期縮短1 年半，大幅降低新衛(wèi)星接入成本及接入周期。

平臺(tái)在為傳統(tǒng)測控業(yè)務(wù)模式帶來變革的同時(shí)，也為對外提供商業(yè)化服務(wù)創(chuàng)造了條件。目前平臺(tái)已對外提供商業(yè)測定軌、備份測控、在軌數(shù)據(jù)應(yīng)用、資源租用等多項(xiàng)服務(wù)。累計(jì)簽署對外服務(wù)合同12份，成為新的收益增長點(diǎn)。

多星統(tǒng)一測控平臺(tái)項(xiàng)目技術(shù)復(fù)雜、難度大，創(chuàng)新性強(qiáng)，擁有多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)，關(guān)鍵技術(shù)自主可控，在國內(nèi)航天測控領(lǐng)域首次實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用，產(chǎn)出成果包括研究報(bào)告16 項(xiàng)、論文13 篇、專利17 項(xiàng)、軟件著作權(quán)18 項(xiàng)、標(biāo)準(zhǔn)3 項(xiàng)，經(jīng)集團(tuán)公司鑒定為國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平科學(xué)技術(shù)成果。先后獲得ICT 中國創(chuàng)新獎(jiǎng)最佳解決方案、集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)以及集團(tuán)公司第三屆創(chuàng)新創(chuàng)意大賽優(yōu)勝獎(jiǎng)。

四、平臺(tái)應(yīng)用案例

1．為亞太通信衛(wèi)星有限公司提供測距服務(wù)

亞太通信衛(wèi)星有限公司是亞太地區(qū)領(lǐng)先的衛(wèi)星運(yùn)營商，于2018 年開始使用多星統(tǒng)一測控平臺(tái)的快速精確定軌系統(tǒng)，經(jīng)過近年對亞太6 號（大傾角衛(wèi)星）、亞太6C、亞太7 號、亞太9 號共四顆衛(wèi)星的測試，證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確性滿足亞太衛(wèi)星日常測定軌使用需求，與衛(wèi)通簽訂長期測定軌服務(wù)協(xié)議。

此前，亞太6 號衛(wèi)星結(jié)束長達(dá)15 年的在軌通信服務(wù)，執(zhí)行離軌操作。應(yīng)亞太公司請求，中國衛(wèi)通使用快速精確定軌系統(tǒng)對亞太6 號衛(wèi)星進(jìn)行離軌期間的測定軌任務(wù)進(jìn)行了有力地支持。離軌測距任務(wù)面臨著測距窗口時(shí)間短、衛(wèi)星漂移速度快等困難。中國衛(wèi)通在接到任務(wù)后，第一時(shí)間與亞太公司進(jìn)行溝通，制定了詳細(xì)的保障方案，關(guān)鍵任務(wù)時(shí)段派專人重點(diǎn)保障，充分發(fā)揮快速精確定軌系統(tǒng)測定軌時(shí)間短、覆蓋范圍大、適應(yīng)的場景多等優(yōu)勢，有力地保障了本次重大操作任務(wù)圓滿完成，并獲得了亞太公司的感謝，為今后平臺(tái)的市場推廣提供了優(yōu)秀的樣板。

2．為亞太6E 衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道段提供測控資源服務(wù)

亞太6E 衛(wèi)星是一顆基于DFH-3E 平臺(tái)建造的地球靜止軌道衛(wèi)星，由亞太衛(wèi)星公司的聯(lián)營公司亞太星聯(lián)衛(wèi)星有限公司采購，中國長城工業(yè)集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)總承和在軌交付。亞太6E 衛(wèi)星是首顆國產(chǎn)全電推進(jìn)的同步軌道衛(wèi)星，在轉(zhuǎn)移軌道階段采用全電推實(shí)現(xiàn)軌道抬升，全程預(yù)計(jì)歷時(shí)超過10 個(gè)月，目前國內(nèi)現(xiàn)有轉(zhuǎn)移軌道測控通道資源無法長時(shí)間支撐此項(xiàng)任務(wù)，其他商業(yè)衛(wèi)星測控公司不具備該衛(wèi)星測控能力，為此長城公司向中國衛(wèi)通尋求支持。

中國衛(wèi)通多星統(tǒng)一測控平臺(tái)于2021 年建成并投入使用，采用橫向切分的資源池設(shè)計(jì)，解除了射頻通道資源與衛(wèi)星的綁定關(guān)系，釋放出多套資源可供靈活調(diào)度。經(jīng)與長城公司溝通，確認(rèn)多星統(tǒng)一測控平臺(tái)具備支撐亞太6E衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)的能力，中國衛(wèi)通聞令而動(dòng)。

2023 年1 月13 日，亞太6E 衛(wèi)星順利發(fā)射升空。1 月22 日，中國衛(wèi)通提供的天線射頻通道資源成為國內(nèi)段主力測控通道，正式啟動(dòng)轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)。這是平臺(tái)首次執(zhí)行轉(zhuǎn)移軌道測控任務(wù)，為確保任務(wù)安全可靠萬無一失，項(xiàng)目組現(xiàn)場保障，及時(shí)響應(yīng)衛(wèi)星飛控團(tuán)隊(duì)需求，始終以最高標(biāo)準(zhǔn)緊盯每一軌任務(wù)。截至目前，平臺(tái)精準(zhǔn)無誤地完成跟蹤任務(wù)200 余軌，得到了長城公司及衛(wèi)星飛控團(tuán)隊(duì)的高度評價(jià)，后續(xù)仍將持續(xù)提供高質(zhì)量服務(wù)，直至亞太6E 衛(wèi)星圓滿完成轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)。

本次為亞太6E 衛(wèi)星提供轉(zhuǎn)移軌道測控資源服務(wù)，是公司“業(yè)務(wù)平臺(tái)化，平臺(tái)市場化”戰(zhàn)略的體現(xiàn)，充分展現(xiàn)了多星統(tǒng)一測控平臺(tái)的能力，解決了用戶的實(shí)際困難，與用戶實(shí)現(xiàn)合作共贏，為今后服務(wù)于更多行業(yè)用戶打下良好的基礎(chǔ)。

3．為中星6A 衛(wèi)星緊急離軌提供服務(wù)

中星6A 衛(wèi)星是一顆東四平臺(tái)的通信廣播衛(wèi)星，2021 年12 月6 日，中星6A 衛(wèi)星在南北機(jī)動(dòng)過程中氧箱壓力出現(xiàn)驟降現(xiàn)象，經(jīng)判斷是氧化劑無法排出，衛(wèi)星無法正常執(zhí)行后續(xù)任務(wù)。中國衛(wèi)通公司緊急制定了業(yè)務(wù)搶救方案，由位于130°E 軌位的中星6C 緊急漂星至125°E，搶救中星6A 衛(wèi)星的業(yè)務(wù)。由于任務(wù)緊急，漂星方案中留給測距定軌的時(shí)間窗口不足12小時(shí)，而且任務(wù)對定軌精度要求很高，如果定軌精度不精確，對于業(yè)務(wù)搶救將造成十分嚴(yán)重的影響。多星統(tǒng)一測控平臺(tái)的快速精確測定軌系統(tǒng)僅用了6 小時(shí)就完成了單次的測距定軌任務(wù)，而且定軌數(shù)據(jù)精確可靠，出色地支撐了本次緊急漂星搶救任務(wù)。

漂星搶救任務(wù)完成后，中星6A 衛(wèi)星啟動(dòng)了離軌方案，由于推進(jìn)劑無法排出，衛(wèi)星不得不采用非常規(guī)離軌方式進(jìn)行離軌，該方式會(huì)對測距定軌造成很大困難?？焖倬_測定軌系統(tǒng)通過短時(shí)間內(nèi)得到的大量測距數(shù)據(jù)，輔助完成了對推力器推力、離軌高度、離軌偏心率和衛(wèi)星位置的評估，為離軌機(jī)動(dòng)實(shí)施提供了決策依據(jù)。

五、結(jié)束語

隨著未來在軌衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，多星統(tǒng)一測控平臺(tái)起到了核心基礎(chǔ)支撐的作用。在全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型深入推進(jìn)，商業(yè)航天飛速發(fā)展以及航天任務(wù)日益復(fù)雜的背景下，中國衛(wèi)通將不斷深挖內(nèi)外部需求，研究測控技術(shù)發(fā)展趨勢，持續(xù)迭代優(yōu)化多星統(tǒng)一測控平臺(tái)，進(jìn)一步提升數(shù)字化、智能化程度，擴(kuò)展高軌衛(wèi)星覆蓋弧段及測控頻段，建設(shè)大型低軌星座測控能力，逐步形成多星多系統(tǒng)平臺(tái)化的商業(yè)航天支撐能力，引領(lǐng)衛(wèi)星測控領(lǐng)域發(fā)展，最終形成覆蓋全球、支持高低軌，通信及遙感衛(wèi)星，服務(wù)多類型用戶的衛(wèi)星測控服務(wù)網(wǎng)，為用戶提供更全面更專業(yè)的商業(yè)測控服務(wù)。