计红梅

 

说起嫦娥一号绕月探测卫星，人们津津乐道的多是它所肩负的四大科学目标以及要完成这些目标的有效载荷，很少有人会关注到支撑这些有效载荷顺利运行的背后“明星”——有效载荷数管分系统。

 

为此，《科学时报》记者专访了嫦娥一号卫星数管分系统主任设计师、中国科学院空间科学与应用研究中心研究员陈晓敏。

 

 

数管系统，这一令很多人感到陌生的词汇，其全称应该是“数据管理系统”。陈晓敏告诉记者，“因为嫦娥一号卫星携带了立体相机、干涉成像光谱仪、激光高度计等8种有效载荷，因而具有载荷配置种类多、信息量大、工作模式复杂等特点，需要专门的有效载荷数据管理系统来进行有效载荷数据的采集、存储、处理及传输。”嫦娥一号卫星有效载荷数管分系统由此诞生。比如嫦娥一号卫星第一批观测月球表面的立体图像就是经过有效载荷数管系统采集、存储、处理和传输，送卫星数传发射机下行的。

 

为了说明数管分系统的作用，陈晓敏打了个形象的比喻：“如果要把有效载荷系统比作人体，那么有效载荷数管分系统就像人体的神经系统，统管着人体的各个感觉器官。”有效载荷数管系统设计的可靠性、灵活性和先进性因而直接影响着科学目标的实现。

 

据陈晓敏介绍，有效载荷进行科学探测时对于服务的需求主要是电源、数据管理和数据传输需求。

 

其中，有效载荷对于电源的主要需求是：为有效载荷提供多路工作电源；根据遥控指令和数据注入进行加断电控制；监测有效载荷的工作电压和工作电流，并形成工程遥测参数传输下行。

 

在数据管理方面，有效载荷的主要需求则包括：采集有效载荷的科学探测数据；进行图像压缩、数据处理和存储；需要提供卫星的时间码和遥控数据注入命令；对有效载荷进行在线监控，监视有效载荷的工作状态，当有效载荷工作异常时，自主采取相应的处理对策，直至切断该有效载荷的工作电源，并实现故障模式下的系统重构。

 

此外，嫦娥一号卫星有效载荷在进行科学探测时，会产生大量的数据，需要通过卫星数传发射机传送到地面接收站。此时，数管系统就要满足大容量数据的实时和延时传输需求，并在数据传输时采用有效的纠错编码。

 

由于以上需求，“我们在进行有效载荷数据管理分系统设计时，就需要注意不同有效载荷的不同要求，充分考虑有效载荷需求的特点，采用通用的系统结构和灵活的数据结构，最大限度地利用信道能力，实现信道的动态调度，适应不同载荷的变化，满足科学探测的需求”。陈晓敏说。

 

有效载荷数管系统究竟是由哪些部分组成？陈晓敏告诉记者：“有效载荷数管分系统由总线控制器、远置终端、大容量存储器、高速多路复接器和载荷配电器5台设备组成。”

 

总线控制器是有效载荷通讯网络的中央控制单元，组织管理有效载荷总线通讯，根据飞行任务和遥控数据注入进行自主运行管理，分发遥控数据注入指令，实现数据采集、处理和传输，将工程参数处理成遥测源包，在站外模式送给大容量存储器存储。同时，总线控制器也组织各个总线终端将科学探测数据和工程参数送给大容量存储器存储。在经过地面接收站时，由大容量存储器传送给高速多路复接器下行。

 

远置终端是总线的终端设备，可直接与总线控制器进行通讯。远置终端设计有模拟量和数字量的遥测遥控通道，转发经总线传输的时间码和遥控数据注入，定时采集激光高度计、太阳高能离子探测器和两台太阳风离子探测器的科学数据和工程参数，经处理后生成符合标准的科学数据遥测源包，并经由总线传送到大容量存储器存储，在卫星经过地面接收站时发送。

 

大容量存储器则具有数据存储功能和图像压缩功能，通过总线接收有效载荷的科学探测数据并进行存储，同时还通过高速数据接口接收干涉成像光谱仪的数据。对于接收的干涉成像光谱仪数据，可以根据遥控数据注入选择压缩或不压缩，也可以根据遥控数据注入选择存储或实时转发。在经过地面接收站时，大容量存储器根据高速多路复接器的输出控制信号回放数据，数据按接收存储的时间顺序输出传送给高速多路复接器。

 

高速多路复接器将经总线传输的数据，以及经大容量存储器记录回放的高速数据，或者干涉成像光谱仪实时输出的图像数据复接为一路，进行信道纠错编码后，以先进的国际标准数据格式，送卫星S波段发射机下行。

 

载荷配电器从卫星获取一次电源，实现对于有效载荷的供配电，以及工作电压和电流监测。

 

担负嫦娥一号有效载荷数管分系统设计任务的是中国科学院空间科学与应用研究中心综合电子室。据陈晓敏介绍，该研究室曾承担过载人航天、中欧合作的探测双星等多项任务的研制工作。此次，针对嫦娥一号卫星的特殊需求，该研究室又作了多项技术创新。

 

以该研究室已申请发明专利的RS（256，252）硬件编译码技术为例：由于恶劣的应用环境会造成存储数据发生不可预见的错误，比如太空单粒子事件导致存储的二进制数据翻转，造成大量珍贵的探测数据丢失或出错等。为保证数据的正确可靠存取，在嫦娥一号卫星有效载荷数管分系统中，中科院的专家们研制了RS（256，252）编码器和RS（256，252）译码器来完成数据的编码和纠错译码的工作，以达到有效保护存储正确数据的目的。

 

诸如此类的技术创新还有很多。陈晓敏告诉记者，有些创新技术他们还在不断地总结当中。未来，在我国加快深空探测的步伐时，这些技术还会得到进一步的完善与应用。

 

最后，当记者问到嫦娥一号有效载荷数管分系统的使命何时才能结束时，陈晓敏告诉记者：“只有当所有的有效载荷都顺利完成其科学任务时，才是数管分系统‘卸甲归田’之时。在未来的一年，负责有效载荷数管分系统的专家们仍会随时保持战斗状态，为我国首次进行的月球探测提供更多高质量的图像和数据，实现科学家的梦想。”

        更多阅读

        科学网专题：“嫦娥”奔月之旅