如图2-3所示,航天装备运维管控体系具有以下显著特点:一是天地双平面;二是分散与集中相结合,三是全球可达性,四是业务相关性。
图2-3 航天装备天地双平面和集中分散相结合架构示意图
(1)天地双平面
天地双平面是指天基测控网和地基测控网互相补充,地面中心站用户接入处理和星上用户接入处理相结合。天基平面一方面依托中继卫星对低轨航天器进行测控;另一方面,针对具有星上再生处理能力的卫星节点,星上处理载荷可有效实施对用户终端所构成通信网络的管控。地基平面主要有两类支撑能力,一是共用的航天测控网,各类航天器发射段共用该航天测控网,在长期管理过程中,航天测控网也可以对卫星平台、载荷进行监视控制;二是不同类型航天装备各自独具特色的运控能力,天基传输类航天装备运控系统主要对通信网络和转发器资源进行管控,天基时空基准类航天装备运控系统主要对导航信号、载荷等进行管控,对地观测类航天装备运控系统主要对不同传感器载荷进行控制。地基平面由于受布站限制,难以实现全球可达,天基平面用于拓展覆盖范围。图2-3很好地展现了天地双平面的架构。
(2)分散与集中相结合
对卫星平台控制而言,一级中心为国家级卫星地面控制中心,二级中心为各类卫星主管部门或执勤部门的运控中心。载荷管控以各用户主管部门或执勤部门的运控中心为主,一级地面卫星管控中心在必要时可以接管。对于通信卫星而言,各运营商设置一级运控中心,各用户专网设置独立的管控中心。如图2-3所示,地基平面体现了集中和分散相结合的特征。
(3)全球可达性
航天装备运控体系一方面依靠地基测控网尽可能全球部署,另一方面通过中继卫星实现全球范围拓展补充。以美国为例,其航天测控网包括美国国家航空航天局(NASA)地基测控网、天基测控网以及空军管辖地基测控网。NASA地基测控网分布在全球7个区域,分别是挪威、佛罗里达州、阿拉斯加州、弗吉尼亚州沃洛普斯岛、戈达德航天中心(网络集成中心)、新墨西哥州(数据服务管理中心)、白沙导弹靶场(甚高频系统),也租用商业航天测控站网站(澳大利亚、夏威夷等地);空军管辖地基测控网在全球8个地方设立跟踪站,位于科罗拉多州法尔肯空军基地、印度洋迭戈·加西亚岛、格林兰图勒等地,每个站与卫星之间形成天地回路,可以看出美国具有大量的全球测控站网资源。我国地基测控站网采用以国内为主、境外辅助,以固定为主、机动辅助的方式,保障航天测控任务。我国中继卫星系统快速发展,有效提高了航天器覆盖率,解决了跟踪测控和数据回传问题。
(4)业务相关性
天基测控网和地基测控网是所有航天器(卫星)发射均需要的测控网络。但是,卫星在轨后的管控与卫星业务密切相关,不同功能卫星的管控功能具有较大差异。以对地观测类卫星和通信卫星为例进行简单对比如下。
对地观测类卫星多数为低轨卫星,需要根据观测地点、观测时间、观测天气等情况,并结合卫星重放周期,进行任务规划,地面接收(具有测控功能)资源需要协调调度,同时需要按照任务要求对卫星载荷(传感器)进行调整。
通信卫星按轨道可分为高轨、中轨、低轨卫星。高轨卫星轨道位置稳定,在轨后对平台测控压力小,长期管理测控主要是业务测控。而通信卫星一般要保障全天时、全天候通信,因此,不允许对载荷经常调整,以免影响使用卫星载荷的卫星通信网络性能。一般透明转发器可以调整的参数为增益,在转发器提供给用户使用时,就设置为最优状态。因此,对于卫星通信系统的运控,实施控制的是网络中心节点。