大兵老师的神奇小屋
——航天器导航与控制（二）

文/王依兵 图/麦芽哈哈

马上就要期中考试了，同学们都开始了紧张的复习。周三下午放学后，值日生开始打扫卫生。壮壮正在写数学作业，小菲正在写语文作业。小天背起书包刚准备离开教室，突然，他好像想起了什么，回头对壮壮和小菲说：“咱们是不是忘了去神奇小屋了？”壮壮抬起头说：“是啊，差点儿忘了。”小菲说：“最近学习有点儿紧张，要不咱们考完试再去吧。”小天却说：“那也行，不过咱们得去告诉大兵老师一声，不然他说不定会等到天黑呢。”三人达成共识，一起来到实验楼一层的尽头，谁知迎面又碰到一个新谜题。

新的挑战

墙壁上投射出一些奇怪的文字。小天喊道：“我认出来了，这句话就是‘航天导航与控制多么奇妙’！”

小菲说：“这大家都能看出来，但是这些字都缺少一些笔画啊。”

小天说：“那么也就是说，这些缺少的笔画应该有某种规律或含义吧？”

小菲答道：“对，我们把缺少的笔画整理出来。”说完小菲从书包里取出笔和纸，把每个字缺少的笔画写了出来。

壮壮看着这些笔画说：“这也看不出什么规律啊。不过这些字被分成了四组，应该是对应着四个字母或者数字之类的东西吧。”

小天指着墙上投影出的密码按键说：“应该是四个数字，这个只能输入数字。”

于是三个人又陷入了沉思。小天喃喃自语道：“这缺的基本是点和横，‘制’字的立刀旁里缺的也可以理解为点吧，点和横转变成数字有什么方法呢？对！莫尔斯电码！”说完他又拿出一个本子看了一下，坚定地走上前去，在密码输入键盘上按下了：2324。嘀的一声，神奇小屋的大门打开了。

小菲问：“什么是莫尔斯电码啊？”

小天耐心地回答道：“这是我前几天在网上看到的，其实它就是一种电报编码，发射方可以把字母或数字按规则编辑成长音‘嗒’（写成‘横’）和短音‘嘀’（写成‘点’）的组合，然后通过有线或无线的方式发射出去；接收方接收到这些信号，再还原成字母或数字，连成完整的语句。这就是电报的原理。当时觉得很有意思，就把它们记在本子上了，没想到今天还真派上用场了。比如前面‘航天导’三个字，缺少的是‘点点横横横’，那么它对应的数字正好就是2，后面也是一样的道理。”

壮壮说：“这次你可立大功了！”

小天兴奋地说：“我现在很厉害的，请叫我‘孤勇者’！”

小菲撇撇嘴说：“你可别唱了啊，今天你都唱了一百遍了……”

握手游戏

大兵老师看到三人进来，热情地说：“欢迎大家再次来到神奇小屋！这次我们先来做个游戏吧。”

小天好奇地问：“什么游戏？”

大兵老师说：“小天你把眼睛闭上，然后慢慢走过来握我的手，不可以睁眼看。壮壮、小菲，你们可以用声音帮助他。”

壮壮问：“怎么帮呢？”

大兵老师回答道：“壮壮负责指挥他前进的方向，小菲负责调整他身体的朝向。”

壮壮说：“我们成了游戏手柄的左摇杆和右摇杆了！”

大兵老师说：“可以这么理解。”

小天胸有成竹地说：“那没问题，这个简单！”说着他就闭上了眼睛，双手向前伸着试探地向前走。可是他没走出几步就偏离了原来的路线，向着大兵老师的左边走去。

壮壮着急地喊：“你往右走一点儿，太靠左了。对！对！就这样，停！又偏右了，往左一点儿。”

在壮壮的指挥下，小天不断调整着前进的方向，终于走到了大兵老师面前。大兵老师伸出右手等着他来握。

这时候小菲说话了：“你现在身体有点儿歪了，向左转一点儿，好！手再低一点儿，对！”

经过一系列的指令，小天的右手终于握到了大兵老师的右手。

这时候大兵老师说：“好，现在你们顺利完成了这个游戏，小天可以睁开眼睛了。大家有什么体会和感悟呢？”

小天睁开眼后，回头望望自己走过的距离说：“挺有意思，我走了这么远啊！”

壮壮说：“我好像明白了，这和航天器导航与控制的道理差不多。我负责的就是小天的‘轨道’，而小菲负责的是他的‘姿态’。”

大兵老师说：“就是这个意思，航天器在发射过程中，就需要实时掌握它的运行轨迹，保证它可以顺利入轨。进入轨道后，由于各种干扰因素的存在，还需要监控它的运行轨道和姿态，随时进行调整。在一些轨道机动过程中，更是需要精准地测控。刚才我们模拟的这个过程其实更像是两个航天器的‘交会对接’，我作为‘目标飞行器’保持固定的飞行轨道和姿态不变，小天通过控制来与我对接。这个过程对控制的要求很高，不能有一分一毫的偏差。”

壮壮说：“我知道，现在我们国家已经完全掌握了交会对接技术，在空间站建设过程中，每次发射的神舟飞船和天舟货运飞船都要与空间站对接。”

大兵老师接着说：“是啊，空间站与神舟飞船的对接，就需要一个航天器的制导、导航与控制系统，简称GNC（Guidance，Navigation，Control）。我国科学家研制的交会对接技术已经达到了世界先进水平。值得一提的是，为了对航天器进行精确的导航和控制，我们需要强大的‘航天测控网’，完整地说就是航天测量控制与数据采集网。它可以对航天器的飞行轨迹、姿态和各分系统的工作状态进行跟踪测量、监视与控制，用于保障航天器按照设计状态飞行和工作，同时完成科学数据传输等预定任务。而对于载人航天器，它还能对航天员的生理状态进行监测，完成航天员的语音通信和图像传输等任务。那么，你们知道这张网是由哪些节点构成的吗？”

◎◎北京航天飞行控制中心指挥大厅

壮壮说：“我在看火箭发射直播的时候，看到过北京航天飞行控制中心的画面。”

大兵老师说：“对，航天飞行控制中心主要完成对航天器飞行任务的组织指挥、数据传输与处理、状态监视和控制，是整个航天测控网的指挥核心。”

小菲说：“我在看火箭发射直播的时候，总是听到‘光学、雷达跟踪正常’‘遥测信号正常’这样的播报，这是地面雷达站发出的吧？”

大兵老师回答道：“是的，为了一直监控航天器的飞行状态，我们需要在地面上一直‘注视’着它，不断测量它的位置。这就需要在地面上建立很多测控站。”

小天说：“明白了，这就像刚才壮壮和小菲一直看着我的前进路线一样。没有他们的帮助，我是没有办法成功握到大兵老师的手的。”

测控站

壮壮想了想说：“航天器飞出我国领土上空以后，我们还‘看得见’它吗？”

大兵老师惊喜道：“这个问题问得好！我国除了在国内建立了测控站以外，在海外还有4个测控站，分别是卡拉奇站、纳米比亚站、马林迪站和智利站。而且，我们还有海洋上的移动测控船——远望系列测控船，其中有3 艘已经退役，还有4 艘正在服役。这些测控站和测控船保证了我们的航天器在我国领土之外也能实现精确地测控。”

小天说：“哇！在大海上测控一定很酷吧？”

◎◎远望3号测控船

大兵老师说：“是啊，我国从20 世纪70 年代开始建造的远望系列测控船，在很多航天发射任务中都充当了非常重要的角色。这些测控船航行在碧波万里的大洋之上，为航天器保驾护航。当然，海上的航天测控人也是非常辛苦的，每次出海都要长时间漂泊在大海上。所以大家在看火箭发射的时候可不要忘记，远在万里之遥的大海上还有很多航天测控人在默默奉献！”

小菲感叹道：“测控船上的叔叔阿姨真不容易啊。不过像小天这种人肯定上不了船，他坐车都会晕车，上了船准得吐得一塌糊涂。”

小天说：“嗨，提我干吗……说不定我长大了就不晕了呢。”

大家听了又笑了起来。

大兵老师接着说：“为了保证航天测控工作，我们还发射了中继卫星和导航卫星，它们构成了这张网的天基部分。除此以外，这张航天测控网还包括资源调度中心和通信系统，它们协调各个节点的资源和运行情况，同时为数据传输提供保障。这些地上的、天上的、海上的系统共同承担着航天器的导航与控制任务，一起织成一张巨大的网。”

大兵老师看了看神奇小屋墙壁上定时浮现的钟表画面说：“已经不早了，你们快期中考试了，抓紧回家复习吧。”

小菲说：“时间过得真快啊，我作业还没写完呢。”

小天突然一拍脑袋说：“哎？不对啊，我们不是来和大兵老师请假的吗？”

三人相视而笑。