运载火箭飞行时地面如何对其进行跟踪?

来源:百度文库 编辑:16楼社区 时间:2019/09/26 10:07:45
运载火箭飞行时地面如何对其进行跟踪?如何测量其飞行轨道?如何进行遥控?
在运载火箭的飞行过程中,地面需要随时对它进行跟踪并测量它的飞行轨道,以便实时了解其飞行状态,初步评价其飞行任务完成情况,及时掌握其飞行是否正常的安全信息。运载火箭的飞行轨道是由每一时刻火箭在以发射点为原点的直角坐标系中的相对位置、速度和加速度来表示的。
对运载火箭跟踪测轨的基本方式是光学跟踪测量和无线电跟踪测量。光学跟踪测量系统是运载火箭飞行中最基本的跟踪测量系统,它不但能测量运载火箭的飞行轨迹,而且能直接观察到火箭的飞行姿态以及火箭箭体上有没有起火冒烟等外部现象。无线电跟踪测量,也就是用雷达来测量,它测量的精度高,作用距离远,但设备较复杂。
光学跟踪测量系统是一个具有随动机座(能跟着火箭随动的装置)的大型望远镜。它像眼睛一样随时盯着飞行中的运载火箭,将其形象显示在屏幕上。这时只要测量随动机座的方位角和俯仰角,通过对两个或多个地面站上的望远镜随动机座的方位角与俯仰角进行交汇计算,就可计算出运载火箭的轨道参数。常见的可见光跟踪测量设备是电影经纬仪,它是大地测量光学经纬仪与电影摄影机相结合而成的仪器,其引导设备能自动跟踪飞行中的运载火箭。多个地面站在统一时间控制下对飞行中的火箭同步摄影,一般以10次/秒—20次/秒拍摄火箭飞行中的形象,并用传感器测量随动机座的方位角与俯仰角,再将数据送入计算机进行处理,就可得到火箭的飞行轨道参数。电影经纬仪设备简单,并能记录飞行中火箭的形象,但它受光照的限制,不能全天候工作。
无线电跟踪测量系统是依据无线电波的传播特性对火箭进行跟踪和测量。以测量无线电波在空间传播时间为基础而计算出距离的系统叫测距系统;以运动目标与固定测量站之间电波传播产生多普勒效应为基础而计算出速度的系统称测速系统。脉冲雷达是常用的测距雷达。它从地面向运载火箭发送脉冲调制的询问信号,装在运载火箭上的应答机接收到询问信号后,经变换载频转发到地面站,通过计算脉冲电磁波往返传输的延迟时间,扣掉应答机反应的延迟时间就可计算出火箭相对地面站的距离.在根据接收载波中的多普勒频移,就可计算出火箭的径向速度。利用等信号法获取火箭的方位角和俯仰角,经过计算处理、座标转换,即可得到运载火箭的轨道参数。在多普勒测速雷达中,地面站发射固定频率的等幅电磁波,箭上应答机接收到信号后,再变换载频转发到地面站。地面站接收到信号后,对比发射频率与接收频率,再除去转发器变换频率的影响,两者频率之差便是多普勒频移。利用多普勒频移可计算出运载火箭的径向速度。
装在运载火箭上的应答机与地面测控站一起对火箭进行跟踪测量。它接收地面站发射的测量询问信号,经变换载频后再转发回地面站。有了应答机,可以提高测量信号的信号噪声比,扩大测量雷达的作用距离,提高测量精度。
此外,激光和红外光跟踪测量技术也常用于运载火箭的跟踪测轨。其传播特性与无线电波相同,跟踪测量的原理,设备组成也与无线电雷达相近,因此称为激光雷达和红外雷达。
雷达辐射的电磁波只能沿直线传播,而运载火箭的航程很长,由于地球曲率的影响,所以仅仅一个地面站不可能完成对运载火箭飞行的全部跟踪测量任务,需要多个地面站“接力”,才能完成对运载火箭的跟踪测量。
对一次性使用的运载火箭来说,地面对运载火箭的遥控仅仅是飞行安全控制。当运载火箭在飞行中一旦出现故障而不能正常飞行时,为了避免发生故障的火箭坠落地面过程中,对地面的生命和财产带来严重灾难,需要选择一个合适时机,将火箭在空中炸毁。判定运载火箭是不是出现了故障,选择什么时机遥控炸毁火箭是一个十分重要而又相当复杂的问题。事先要通过计算确定一个火箭飞行的安全管道,安全管道就是火箭实际飞行的轨道参数偏离设计轨道值允许偏差的范围。
判定火箭飞行是不是正常的安全信息,一方面来自跟踪测轨参数,另一方面来自火箭的遥测参数。将这些信息送入计算机,由计算机根据安全管道、安全判据,进行实时安全判断。在运载火箭偏离安全管道时,向安全指挥员预警。安全指挥员在计算机辅助下,选择时机,按下安全控制主控台上的炸毁按钮,通过无线电遥控信道,向运载火箭发送炸毁指令。箭上安全系统中的无线电安全控制接收机在收到指令后,经过解码辨识,接通箭上的引爆器,引爆爆炸装置,将运载火箭在空中炸毁。
当运载火箭运送的是载人飞船时,箭上安全控制接收机在收到炸毁指令后,首先启动逃逸火箭,让飞船脱离火箭后,再将火箭炸毁。
转 ???自:《叩开太空之门—航天科技知识问答》