航天测控技术：控制航天器
人们将各种航天器送入太空后，并不是撒手不管任其自由自在地飞翔，而是要它们随时听人摆布，为人们服务。海湾战争、伊拉克战争及科索沃战争期间，美国都将其分布在太空的各种卫星调度到指定地域进行服务。为此，人们在地面必须建立相应的测控系统对航天器进行遥测、遥控、跟踪和通信。地面测控系统由分布全球各地的测控台、站及测量船组成。这些台、站和船上通常配备有精密跟踪雷达、光学跟踪望远镜、多普勒测速仪、遥测解调器、遥控发射机、电子计算机、通信设备等。
测控系统或测控网是发展航天事业的重要技术基础设施，其发展经历了从地面建网到建立天基测控网的过程。地基测控网是指在地球上的测控站、测控船、航天控制中心、通信链路等组成的测控网。美国、俄罗斯、中国等国以及欧洲空间局，在航天飞行初期均使用地基测控网。地基测控网包括陆上固定测控站、陆上活动站、海上测控船。活动站和测控船，可以根据不同的航天飞行任务部署在不同地域和海域，结束后返回大本营。由于是设在地球上，所以地基测控站（船）在观测航天器时势必会受地平线和周围遮蔽物的影响，故每个测控站（船）的测控覆盖率都较小，例如对340千米高度、倾角43度的卫星来讲，一个测控站（船）的测控总覆盖率仅约1.4%。天基测控网是指由运行在高轨道、对其他低轨道航天器进行测控的卫星组成的测控网。我们称这种卫星为数据中继卫星，一般运行在地球同步轨道。由于轨道高，约36000千米，故它覆盖的范围很广，一颗卫星可以覆盖半个地球，即一颗中继卫星的测控覆盖率高达50%左右，就好像是将一个地面测控站搬到了天上，让它居高临下地跟踪、测量、监视和控制运行在眼皮底下的航天器。美国、俄罗斯、欧洲空间局从20世纪80年代初开始陆续研制并使用中继卫星系统。航天测控网的中枢是航天指挥控制中心，不管是地基，还是天基，所有的测控资源都由中心来计划控制和使用。
遥测。航天器在轨道上飞行的时候，必须把各部件的工作情况，如姿态是否符合要求，电源供给是否适当，仪器工作是否正常，内部温度是否合适等，及时告诉地面。同时，那些负有特殊使命的卫星，还必须将获取的信息及时向地面报告。在无线电遥测中，多路信息综合后送入发射机进行载波调制，再经发射天线发射出去。在接收端，接收机接收传输的无线电波，并完成载波解调，再经分路设备把输出的各路信号送入计算机进行记录处理。遥测系统一般分为“实时遥测”和“延时遥测”两种。如果无线电遥测系统在测量参数的同时，就把测量的量值传输到地面站，称作“实时遥测”。如果航天器在地面的接收范围以外，遥测资料不能实时传送回来，先由航天器上的磁记录器或存储器件把所测数据存储起来，待航天器进入地面站接收区时，快速地把已存储的数据传送下来，这便是“延时遥测”。为实现航天器的实时遥测和实时通信，可按航天器的轨迹，在全世界范围内部署一系列地面站，如美国配合载人飞行计划设立了一批国外地面站和海洋观测船。我国的几颗卫星遥测系统都有延时遥测部分。
测控船
遥控。是地面控制人员通过无线方式对运行在太空中的航天器进行控制。航天器入轨后干什么工作、何时干、如何干，都需要通过遥控将地面科学家的意图发送上去，例如对仪器设备进行开/关机、主机/备机切换、电源母线接通、设备加温、控制航天器进行变轨、进行有效载荷相关试验、星钟校正等。当通过轨道测量或遥测信息得知航天器出现了故障时，也是通过遥控进行远程诊治。遥控可以是遥控指令，也可以是注入数据。遥控指令是立即指令，即航天器一旦收到便立即执行。注入数据包括航天器平台和有效载荷工作所需要的程控指令和各种数据，程控指令是按时间规定执行的指令，即程序控制执行；数据可以是各种参数，如变轨控制参数，也可以是软件代码，用以代替航天器计算机中原来的程序。
跟踪。由于运载火箭控制系统不可能绝对精确，航天器也就不可能一点没有偏离地进入预定的轨道。因而，航天器进入轨道以后，地面就要测出它的实际飞行轨道。另外，在干扰力的作用下，航天器轨道会逐渐发生变动，地面也需要随时知道它的变动情况。测定航天器轨道参数的任务由跟踪设备来完成。目前常用的跟踪方法有无线电跟踪和光学跟踪两种。用光学方法跟踪测轨会受到天气条件的限制。使用无线电测轨法，只要频率、功率等选择适当，航天器飞经地面站上空，就可以对它测轨。由于使用无线电测轨法所受的限制条件较少，故该测轨法是目前航天器测轨的主要手段。现在，使用全球定位系统（GPS）能顺利地对航天器进行跟踪及测轨。
通信。是指用电信号传输信息的系统。通信系统由信源、发端设备、传输介质、收端设备、信宿等组成，传输的信息有数据文档、图像、话音等。在发端将信息进行编码、调制到副载波，再将副载波调制到载波，最后放大，通过传输介质发送出去。在收端将副载波解调出来，恢复出原来的信息。
航天测控体制。是指测控站与航天器上行/下行信道传输测距、遥测、遥控、话音图像、通信等基带信号所采用的载波、副载波和调制/解调体制。基带信号是指只有固有基本频率的信号。测控基带信号是指测控工程中的测距、遥测、遥控、话音图像、通信等基带信号的总称，也称调制信号。例如脉冲雷达信号、连续波雷达信号、脉冲编码信号、模拟信号。基带信号的频率都很低，不能远距离传送，要想将其传送几百千米、几千千米甚至几十万千米以上，必须将基带信号装载到无线电高频载波上进行传输。载送基带信号的电磁波称为载波。高频载波具有很多优点。例如频段范围宽、通信容量大、天线的增益高、方向性强，信噪比高、通信稳定性和可靠性好等。如果基带信号采用独立载波，这种系统称之为独立载波系统；如果为了综合利用一个载波传送多路基带信号，在向载波装载信号之前，先将不同的基带信号装到不同的副载波上，然后再将几个副载波装到总载波上，采用统一载波，则称这种系统为统一载波系统。
GPS系统。是美国全球导航定位系统，可以随时测定航天器的位置、速度、时间和姿态，最高定位精度可达10米以内，测速精度可达0.1～0.01米/秒，时间精度可达100～1纳秒。利用这些高精度的导航信息，可以为航天器运行提供独特而有效的服务，其中有些功能是传统测控网所无法完成的，例如测姿、相对导航，航天器可以利用此类信息完成自主轨道确定。