大家有没有注意到,火箭发射后,都会听到类似“东风光学USB雷达跟踪正常”“遥测信号正常”的口号?那么,他们所说的USB和遥测是什么意思呢?实际上这个USB的全称是USB(Unified S Band)全称统一S波段测控系统,最早是由美方提出并在1966年用于“阿波罗”登月计划,为解决原测控网中多种频段设备的复杂、电磁兼容性差、作用距离不够等问题缺陷,将跟踪测轨、遥控、遥测综合为一体,为测控技术发展史上的一个里程碑
测控通信系统是卫星系统的五大系统之一、载人航天系统的七大系统之一,完成对飞船的测轨、遥控、遥测、话音通信和电视传输等重要作用
那么为什么NASA要创建阿波罗统一S波段系统呢?
任何航天器的发射、太空运行和再入都需要地面和航天器上的紧密协调行动。信息必须双向传递,并使用无线电链接来完成这一切。语音通信将相关人员联系起来:覆盖飞行的时刻状态,经验和决策,这些都是载人航天飞行的一部分。数据通信将航天器电气、制导、生命支持和其他系统的数据传回地球,同时将命令和控制数据发送到航天器,以便用基本数据更新航天器系统,为其飞行阶段适当配置航天器,并完成宇航员尝试的各种不切实际或不安全的任务。请注意,通信基础设施从用于飞机飞行测试的基础设施演变为一个全新的、更复杂的系统,以支持近地轨道任务,然后扩展到月球的远程任务。
水星和双子座计划使用了越来越多的VHF和UHF无线电系统来进行语音和遥测。跟踪是通过使用C波段应答器完成的,其功能类似于基本的飞机模式a应答器,由地面雷达进行查询。旧系统中有太多不同的无线电、电缆、天线、电源和其他设备用于登月。可靠性、范围和带宽必须增加;重量、功耗和尺寸都必须减小。阿波罗计划还将包括一些太空项目中全新的东西:宇航员的电视直播。因此,新的空间电信系统需要高度创新,以满足雄心勃勃的阿波罗计划的需要。
为了改变这种情况,美国国家航空航天局提出采用统一S波段(2000~4000兆赫)系统作为阿波罗登月计划的地面保障系统,并在60年代中期建成了以统一S波段为主体的跟踪测控网,从而使航天测控从单一功能分散体制改进为综合多功能体制。当时由柯林斯无线电公司建造的新的统一S波段系统将把多个信号整合到地面的一个上行链路和每个航天器的一个下行链路上。这项技术是由喷气推进实验室开发的相干多普勒和伪随机距离跟踪系统发展而来的。语音和遥测的子载波被添加到跟踪信号中,以使每个子载波都能在不受其他子载波干扰的情况下工作。这是一个优雅的、非常有能力的解决方案,解决了载人飞行到月球距离所带来的通信挑战。在任务期间的任何时间,一个跟踪站在航天器的视线内,一个高增益天线可以提供跟踪、指挥和通信服务。利用深空网络的巨大抛物面天线和阿波罗/载人航天飞行网络的较小天线,将与阿波罗飞船保持持续的高质量联系。
阿波罗登月舱使用的S波段天线