大兵老師的神奇小屋
——航天器導航與控制（二）

文/王依兵 圖/麥芽哈哈

馬上就要期中考試了，同學們都開始了緊張的復習。周三下午放學后，值日生開始打掃衛(wèi)生。壯壯正在寫數(shù)學作業(yè)，小菲正在寫語文作業(yè)。小天背起書包剛準備離開教室，突然，他好像想起了什么，回頭對壯壯和小菲說：“咱們是不是忘了去神奇小屋了？”壯壯抬起頭說：“是啊，差點兒忘了?！毙》普f：“最近學習有點兒緊張，要不咱們考完試再去吧?！毙√靺s說：“那也行，不過咱們得去告訴大兵老師一聲，不然他說不定會等到天黑呢?！比诉_成共識，一起來到實驗樓一層的盡頭，誰知迎面又碰到一個新謎題。

新的挑戰(zhàn)

墻壁上投射出一些奇怪的文字。小天喊道：“我認出來了，這句話就是‘航天導航與控制多么奇妙’！”

小菲說：“這大家都能看出來，但是這些字都缺少一些筆畫啊?！?/p>

小天說：“那么也就是說，這些缺少的筆畫應該有某種規(guī)律或含義吧？”

小菲答道：“對，我們把缺少的筆畫整理出來。”說完小菲從書包里取出筆和紙，把每個字缺少的筆畫寫了出來。

壯壯看著這些筆畫說：“這也看不出什么規(guī)律啊。不過這些字被分成了四組，應該是對應著四個字母或者數(shù)字之類的東西吧?！?/p>

小天指著墻上投影出的密碼按鍵說：“應該是四個數(shù)字，這個只能輸入數(shù)字?！?/p>

于是三個人又陷入了沉思。小天喃喃自語道：“這缺的基本是點和橫，‘制’字的立刀旁里缺的也可以理解為點吧，點和橫轉(zhuǎn)變成數(shù)字有什么方法呢？對！莫爾斯電碼！”說完他又拿出一個本子看了一下，堅定地走上前去，在密碼輸入鍵盤上按下了：2324。嘀的一聲，神奇小屋的大門打開了。

小菲問：“什么是莫爾斯電碼??？”

小天耐心地回答道：“這是我前幾天在網(wǎng)上看到的，其實它就是一種電報編碼，發(fā)射方可以把字母或數(shù)字按規(guī)則編輯成長音‘嗒’（寫成‘橫’）和短音‘嘀’（寫成‘點’）的組合，然后通過有線或無線的方式發(fā)射出去；接收方接收到這些信號，再還原成字母或數(shù)字，連成完整的語句。這就是電報的原理。當時覺得很有意思，就把它們記在本子上了，沒想到今天還真派上用場了。比如前面‘航天導’三個字，缺少的是‘點點橫橫橫’，那么它對應的數(shù)字正好就是2，后面也是一樣的道理?！?/p>

壯壯說：“這次你可立大功了！”

小天興奮地說：“我現(xiàn)在很厲害的，請叫我‘孤勇者’！”

小菲撇撇嘴說：“你可別唱了啊，今天你都唱了一百遍了……”

握手游戲

大兵老師看到三人進來，熱情地說：“歡迎大家再次來到神奇小屋！這次我們先來做個游戲吧?！?/p>

小天好奇地問：“什么游戲？”

大兵老師說：“小天你把眼睛閉上，然后慢慢走過來握我的手，不可以睜眼看。壯壯、小菲，你們可以用聲音幫助他。”

壯壯問：“怎么幫呢？”

大兵老師回答道：“壯壯負責指揮他前進的方向，小菲負責調(diào)整他身體的朝向?！?/p>

壯壯說：“我們成了游戲手柄的左搖桿和右搖桿了！”

大兵老師說：“可以這么理解。”

小天胸有成竹地說：“那沒問題，這個簡單！”說著他就閉上了眼睛，雙手向前伸著試探地向前走?？墒撬麤]走出幾步就偏離了原來的路線，向著大兵老師的左邊走去。

壯壯著急地喊：“你往右走一點兒，太靠左了。對！對！就這樣，停！又偏右了，往左一點兒?！?/p>

在壯壯的指揮下，小天不斷調(diào)整著前進的方向，終于走到了大兵老師面前。大兵老師伸出右手等著他來握。

這時候小菲說話了：“你現(xiàn)在身體有點兒歪了，向左轉(zhuǎn)一點兒，好！手再低一點兒，對！”

經(jīng)過一系列的指令，小天的右手終于握到了大兵老師的右手。

這時候大兵老師說：“好，現(xiàn)在你們順利完成了這個游戲，小天可以睜開眼睛了。大家有什么體會和感悟呢？”

小天睜開眼后，回頭望望自己走過的距離說：“挺有意思，我走了這么遠?。　?/p>

壯壯說：“我好像明白了，這和航天器導航與控制的道理差不多。我負責的就是小天的‘軌道’，而小菲負責的是他的‘姿態(tài)’?！?/p>

大兵老師說：“就是這個意思，航天器在發(fā)射過程中，就需要實時掌握它的運行軌跡，保證它可以順利入軌。進入軌道后，由于各種干擾因素的存在，還需要監(jiān)控它的運行軌道和姿態(tài)，隨時進行調(diào)整。在一些軌道機動過程中，更是需要精準地測控。剛才我們模擬的這個過程其實更像是兩個航天器的‘交會對接’，我作為‘目標飛行器’保持固定的飛行軌道和姿態(tài)不變，小天通過控制來與我對接。這個過程對控制的要求很高，不能有一分一毫的偏差。”

壯壯說：“我知道，現(xiàn)在我們國家已經(jīng)完全掌握了交會對接技術(shù)，在空間站建設過程中，每次發(fā)射的神舟飛船和天舟貨運飛船都要與空間站對接?！?/p>

大兵老師接著說：“是啊，空間站與神舟飛船的對接，就需要一個航天器的制導、導航與控制系統(tǒng)，簡稱GNC（Guidance，Navigation，Control）。我國科學家研制的交會對接技術(shù)已經(jīng)達到了世界先進水平。值得一提的是，為了對航天器進行精確的導航和控制，我們需要強大的‘航天測控網(wǎng)’，完整地說就是航天測量控制與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)。它可以對航天器的飛行軌跡、姿態(tài)和各分系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行跟蹤測量、監(jiān)視與控制，用于保障航天器按照設計狀態(tài)飛行和工作，同時完成科學數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮A定任務。而對于載人航天器，它還能對航天員的生理狀態(tài)進行監(jiān)測，完成航天員的語音通信和圖像傳輸?shù)热蝿?。那么，你們知道這張網(wǎng)是由哪些節(jié)點構(gòu)成的嗎？”

◎◎北京航天飛行控制中心指揮大廳

壯壯說：“我在看火箭發(fā)射直播的時候，看到過北京航天飛行控制中心的畫面?！?/p>

大兵老師說：“對，航天飛行控制中心主要完成對航天器飛行任務的組織指揮、數(shù)據(jù)傳輸與處理、狀態(tài)監(jiān)視和控制，是整個航天測控網(wǎng)的指揮核心?！?/p>

小菲說：“我在看火箭發(fā)射直播的時候，總是聽到‘光學、雷達跟蹤正?！b測信號正?！@樣的播報，這是地面雷達站發(fā)出的吧？”

大兵老師回答道：“是的，為了一直監(jiān)控航天器的飛行狀態(tài)，我們需要在地面上一直‘注視’著它，不斷測量它的位置。這就需要在地面上建立很多測控站?！?/p>

小天說：“明白了，這就像剛才壯壯和小菲一直看著我的前進路線一樣。沒有他們的幫助，我是沒有辦法成功握到大兵老師的手的?！?/p>

測控站

壯壯想了想說：“航天器飛出我國領(lǐng)土上空以后，我們還‘看得見’它嗎？”

大兵老師驚喜道：“這個問題問得好！我國除了在國內(nèi)建立了測控站以外，在海外還有4個測控站，分別是卡拉奇站、納米比亞站、馬林迪站和智利站。而且，我們還有海洋上的移動測控船——遠望系列測控船，其中有3 艘已經(jīng)退役，還有4 艘正在服役。這些測控站和測控船保證了我們的航天器在我國領(lǐng)土之外也能實現(xiàn)精確地測控?！?/p>

小天說：“哇！在大海上測控一定很酷吧？”

◎◎遠望3號測控船

大兵老師說：“是啊，我國從20 世紀70 年代開始建造的遠望系列測控船，在很多航天發(fā)射任務中都充當了非常重要的角色。這些測控船航行在碧波萬里的大洋之上，為航天器保駕護航。當然，海上的航天測控人也是非常辛苦的，每次出海都要長時間漂泊在大海上。所以大家在看火箭發(fā)射的時候可不要忘記，遠在萬里之遙的大海上還有很多航天測控人在默默奉獻！”

小菲感嘆道：“測控船上的叔叔阿姨真不容易啊。不過像小天這種人肯定上不了船，他坐車都會暈車，上了船準得吐得一塌糊涂。”

小天說：“嗨，提我干嗎……說不定我長大了就不暈了呢。”

大家聽了又笑了起來。

大兵老師接著說：“為了保證航天測控工作，我們還發(fā)射了中繼衛(wèi)星和導航衛(wèi)星，它們構(gòu)成了這張網(wǎng)的天基部分。除此以外，這張航天測控網(wǎng)還包括資源調(diào)度中心和通信系統(tǒng)，它們協(xié)調(diào)各個節(jié)點的資源和運行情況，同時為數(shù)據(jù)傳輸提供保障。這些地上的、天上的、海上的系統(tǒng)共同承擔著航天器的導航與控制任務，一起織成一張巨大的網(wǎng)?！?/p>

大兵老師看了看神奇小屋墻壁上定時浮現(xiàn)的鐘表畫面說：“已經(jīng)不早了，你們快期中考試了，抓緊回家復習吧?！?/p>

小菲說：“時間過得真快啊，我作業(yè)還沒寫完呢。”

小天突然一拍腦袋說：“哎？不對啊，我們不是來和大兵老師請假的嗎？”

三人相視而笑。