科学天地栏目—长篇纪实转载
中国登月工程—奔向月球
第二篇，嫦娥奔月之路
月宫科考的智能管家
嫦娥1号要去月宫巡游，探取月亮的宝贵信息。当她来到月球轨道时，地面上必须有一个“管家”告诉她怎样使用各种科学探测仪器，当她把探测的信息源源不断从九天之外发回地球时，地面上的这个“管家”要接收、处理和管理这些信息。这个“管家”连接着“天"与“地”，它就是探月工程中的地面应用系统。
地面应用系统这个“管家”是个“多面手”。它依据绕月探测工程的科学目标制定绕月工程的科学探测计划:指挥和操纵月球探测器上的科学探测仪器;确定月球探测器中有效载荷的工作模式和探测计划:根据科学目标对嫦娥1号的轨道和姿态提出控制指标。地面应用系统还承担了更重要的任务，它是惟一能接收嫦娥 1号探测的科学数据的系统，还要对这些从空间接收过来的科学数据进行存储、管理和发布:组织科学家进行科学数据分析、数据产品生产、科学数据应用和研究。最后，它还要推动月球探测的科学普及工作。
对于探月工程来说，地面应用系统既是探月工程科学探测的起点，又是体现科学目标的终点。说它是起点，因为探月工程的科学计划从这里确定;说它是终点，因为最终科学探测成果将从这里诞生。
地面应用系统的核心任务是进行数据处理，并最终完成绕月探测工程既定科学目标所规定的任务。为了能够实现预期的任务，它要调度探测器上有效载荷采集科学数据，控制地面接收天线接收科学数据，并依据一定的规则管理、处理、解译和分析科学数据。数据是连接地面应用系统各个部件的血液，了 解数据的处理流程，也就了解了地面系统。下面我们就以数据为纽带，对地面应用系统的工作特点进行介绍。
调度探测仪器采集数据这是地面应用系统一项非常 重要的工作。嫦娥1号在围绕月亮运行时，安放在嫦娥1号里的探测仪器是最忙碌的“器官”。这么多的仪器一起工作，会不会出现“撞车”现象?您的担心是有道理的，但却是不必要的，探测仪器的工作是“忙碌而不盲目”，能够保证仪器有序工作，对此进行指挥调度的就是我们的地面应用系统。比如照相机什么时候睁开眼睛工作，进行月球形貌数据采集什么时候闭上眼睛休息，都要通过地面应用系统发出指令。在地面东统内部执行这项调度任务的部门，我们称之为“运行管理分系统”，简称“OMS”。
运行管理分系统是地面应用系统的神经中枢，这里是嫦娥1号月球探测器在轨工作期间的运营指挥部。如前所述，运行管理分系统进行探测器有效载荷的调度管理，同时也是地面应用系统业务的运行.中枢。运行管理和操作人员使用这里的硬件与软件设备，对整个地面应用系统进行控制，并调度地面应用系统运行。在这个分系统的支持下，研究人员能够制定并分发各种计划，协调测控系统和整个地面应用系统的任务，直接或间接地监视、控制其他分系统和月球探测器有效载荷的工作，及时有效地完成预定的科学探测与实时数据接收、处理和各种探测产品的生成。研究人员还将在这里完成对月球探测器有效载荷的管理，以及天地对接试验和月球探测器的在轨测试。
接收探测数据在运行管理分系统的调度下，探测仪器进行了许许多多有用数据的采集，采集的数据经过探测器上的数据传输天线发回地面。嫦娥1号的数据传输天线有两个，- -个叫定向天线，顾名思义，是有指定方向的天线，这个指定方向就是地面的接收天线。另外一个天线是全向天线，是没有固定指向的天线。因为月球离我们有38万千米之遥，因此与人造地球卫星相比，月球探测器数据接收的难度之大是不言而喻的，主要困难来自于巨大的空间衰减、时间延迟、低|覆盖率等问题，因此在技术措施上需要采用大口径的接收天线，降低天线及接收机的噪声温度，并采用新的信源压缩方法和信道纠错编译码等通信技术，来改善信道传输质量。为了能够接收从遥远的探测器上传来的数据，地面应用系统建设了两座大口径天线(射电望远镜)，二座建立在北京密云水库的北岸，天线口径达到50米，是目前我国口径最大的数据接收天线:另座建设在云南昆明的风凰山上，是-座口径40米的大天线。这国家天文合地面应用系统总部两座大口径天线像两只巨大的眼睛，注意着嫦娥1号的一举动，把从嫦娥1号传送来的所有信息全部收集起来，通过与天线配套的接收机系统，送到一套落地存储系统中保存起来。在地面系统中，负责把数据接收下来的这两个天线及其相配套的接收和落地存储系统被称作“ 数据接收分系统”，简称“DAS”。
探测数据预先处理:
通过天线接收下来的信息，在落地存储系统中只是暂时存放，因为这些数据是一些二进制的数据，所以还需要进行数据的预先处理，把这些二进制数据转换成能够被广大科学家使用的图像、谱线等数据。这个过程在航天工程中常常称做数据的预处理”过程，完成这一使命的系统称为数
据预处理分系统，简称“DPS”。这个系统由一套大型计算机软硬件组成，该系统的最大特点就是实现全自动化作业，就像我们经常见到的作业流水线-一样，它把从月球探测器上接收下来的探测数据，按照预先图2- -34地面应用系统机房效果图设定的程序自动生产出合格的数据产品。
嫦娥1号探测器有效载荷有8种仪器，数据预处理分系统负责对8种仪器发回的原始数据进行预处理，生成处理程度不同的一级和二级数据产品， 这些产品就像工厂里的标准件一样， 是按照国际标准制定的数据格式，因此通常称为标准数据产品。
数据深加工:
通过一道类似于流水线作业的过程后，本来非常抽象的探测数据变成了广大科学家都能图2-35地面应用系统实验室效果图识别的标准数据产品。但这些产品还不能成为公众所能理解的成果，需要对这些数据产品进行“深加工”，把这些“标准件”加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件，例如我们期望看到的月球表面“立体地图”.岩石类型分布图等。完成数据深加工作业的系统，在地面应用系统内部称为科学应用与研究分系统，简称“SAS"。
如前所述，科学应用与研究分系统完成数据的深加工任务，生产出公众能够接受的科学研究产品，是整个探月工程最后的一道工序。在这里，地面应用系统直接接受月球探测工程应用系统首席科学家的领导，组织全国的科学家和研究人员，对标准数据产品进行研究和应| 用(深加工)，把嫦娥1号传回的月亮上的信息转变成可以看得见，摸得着，形象生动的图件和文章，把嫦娥奔月的“故事”，以及“嫦娥”在月亮上的所“见”所“闻”，真实地再现给故乡的人们。
数据管理从数据接收开始，到数据的预处理和深加工，每一道工序都将产生大量的数据文件。如何把这些海量数据进行存储，以便随时调用和长期保存，是一门很大的学问。在地面应用系统中，有专门的分系统来完成这样的工作，这个分系统称为数据管理分系统，简称“DMS”。这个分系统是地面应用系统的“大管家”，是地面应用系统的服务与支撑体系。为了实现数据有序存储，方便查询和调用，必须要给每一个数据都起个名字， 用一个专业的词汇描述，这个起名的过程就是‘“数据编目”。 不要小瞧这个工作，这可是一-项 难度非常大的工作。名字起好了，就要把有了名字的数据分配到不同的“库房”里，这个过程就是数据存储。这个过程说来简单，可要实现就有很多的学问，比如存储有在线存储、近线存储和离线存储。在数据管理任务中，数据“取出”是数据管理中更为核心的内容。在“取”的过程中要涉及到“身份认证”，就像我们去仓库领东西，你必须要得到仓库管理员的认可，才能取出东西来。这个管理系统提供了自动身份识别功能，不仅如此，数据管理系统还把想调用数据的人，根据需要分成了不同的等级，只要你通过了身份认证，确认了你的等级，就能够根据自己的权限，获得相应的数据。
以上对地面应用系统的5个功能系统进行了简单介绍，从中不难看出，系统内部的5个分系统分工协作，构成了一个完整、协调的数据接收、处理和应用系统。我们可以对它们作个通俗的比喻:运行管理分系统是系统的指挥调度中心;，数据接收分系统是原材料收购站，负责收集系统所需的原材料，数据预处理分系统是一条 标准件生产流水线，负责生产不同领域专家都可以使用的标准数据产品;科学应用和研究分系统则是进行专门研究和专题产品生产的部门，对标准数据产品进行深层次加工，生产出用户所需要的不同产品;数据管理分系统则是一个大仓库， 负责分门别类存放各级各类数据产品，数据管理通过一个身份认证系统判断来访者的身份，并依据身份提供相应的产品和服务。
介绍到这里，可能读者想知道最终的探测成果是怎样产生的。我们用月球立体图的制作过程为例，对这一生产过程进行说明。当月球探测器进入正常的业务运行阶段后，首先由运行管理分系统根据月球探测器轨道和它的运行状态，制定出探测器的立体相机开关机时间，调动立体相机进行工作;立体相机工作后，把拍摄的图像数据通过探测器发射天线送回地球，在地面上由数据接收分系统的50米(北京密云)和40米(云南昆明)口径天线接收，然后这些数据在运行管理分系统的统一调度下， 送到设在北京的地面应用系统总部:在地面应用系统总部，这些数据被复制成两份，一份直接放 入数据管理分系统中进行存储，另外一份在运行管理分系统的调度下，送到数据处理中心进行处理;数据处理中心进行数据预处理和数据深加工，分别由数据预处理分系统和科学应用与研究分系统负责完成，数据的预处理要对数据进行辐射校正、光度校正、几何校正等一 系 列的处理，生产出0、1、2级数据产品，这些产品会随时被数据管理分系统储存到数据库中;完成数据预处理流程的数据，由科学应用与研究分系统组织更多的科学家和技术人员进行数据的进一步 研究和处理，通过图像的几何精校正、拼接等一系列过程， 最终生产出我们期望得到的月球立体地图。
中国登月工程—奔向月球
第二篇，嫦娥奔月之路
月宫科考的智能管家
嫦娥1号要去月宫巡游，探取月亮的宝贵信息。当她来到月球轨道时，地面上必须有一个“管家”告诉她怎样使用各种科学探测仪器，当她把探测的信息源源不断从九天之外发回地球时，地面上的这个“管家”要接收、处理和管理这些信息。这个“管家”连接着“天"与“地”，它就是探月工程中的地面应用系统。
地面应用系统这个“管家”是个“多面手”。它依据绕月探测工程的科学目标制定绕月工程的科学探测计划:指挥和操纵月球探测器上的科学探测仪器;确定月球探测器中有效载荷的工作模式和探测计划:根据科学目标对嫦娥1号的轨道和姿态提出控制指标。地面应用系统还承担了更重要的任务，它是惟一能接收嫦娥 1号探测的科学数据的系统，还要对这些从空间接收过来的科学数据进行存储、管理和发布:组织科学家进行科学数据分析、数据产品生产、科学数据应用和研究。最后，它还要推动月球探测的科学普及工作。
对于探月工程来说，地面应用系统既是探月工程科学探测的起点，又是体现科学目标的终点。说它是起点，因为探月工程的科学计划从这里确定;说它是终点，因为最终科学探测成果将从这里诞生。
地面应用系统的核心任务是进行数据处理，并最终完成绕月探测工程既定科学目标所规定的任务。为了能够实现预期的任务，它要调度探测器上有效载荷采集科学数据，控制地面接收天线接收科学数据，并依据一定的规则管理、处理、解译和分析科学数据。数据是连接地面应用系统各个部件的血液，了 解数据的处理流程，也就了解了地面系统。下面我们就以数据为纽带，对地面应用系统的工作特点进行介绍。
调度探测仪器采集数据这是地面应用系统一项非常 重要的工作。嫦娥1号在围绕月亮运行时，安放在嫦娥1号里的探测仪器是最忙碌的“器官”。这么多的仪器一起工作，会不会出现“撞车”现象?您的担心是有道理的，但却是不必要的，探测仪器的工作是“忙碌而不盲目”，能够保证仪器有序工作，对此进行指挥调度的就是我们的地面应用系统。比如照相机什么时候睁开眼睛工作，进行月球形貌数据采集什么时候闭上眼睛休息，都要通过地面应用系统发出指令。在地面东统内部执行这项调度任务的部门，我们称之为“运行管理分系统”，简称“OMS”。
运行管理分系统是地面应用系统的神经中枢，这里是嫦娥1号月球探测器在轨工作期间的运营指挥部。如前所述，运行管理分系统进行探测器有效载荷的调度管理，同时也是地面应用系统业务的运行.中枢。运行管理和操作人员使用这里的硬件与软件设备，对整个地面应用系统进行控制，并调度地面应用系统运行。在这个分系统的支持下，研究人员能够制定并分发各种计划，协调测控系统和整个地面应用系统的任务，直接或间接地监视、控制其他分系统和月球探测器有效载荷的工作，及时有效地完成预定的科学探测与实时数据接收、处理和各种探测产品的生成。研究人员还将在这里完成对月球探测器有效载荷的管理，以及天地对接试验和月球探测器的在轨测试。
接收探测数据在运行管理分系统的调度下，探测仪器进行了许许多多有用数据的采集，采集的数据经过探测器上的数据传输天线发回地面。嫦娥1号的数据传输天线有两个，- -个叫定向天线，顾名思义，是有指定方向的天线，这个指定方向就是地面的接收天线。另外一个天线是全向天线，是没有固定指向的天线。因为月球离我们有38万千米之遥，因此与人造地球卫星相比，月球探测器数据接收的难度之大是不言而喻的，主要困难来自于巨大的空间衰减、时间延迟、低|覆盖率等问题，因此在技术措施上需要采用大口径的接收天线，降低天线及接收机的噪声温度，并采用新的信源压缩方法和信道纠错编译码等通信技术，来改善信道传输质量。为了能够接收从遥远的探测器上传来的数据，地面应用系统建设了两座大口径天线(射电望远镜)，二座建立在北京密云水库的北岸，天线口径达到50米，是目前我国口径最大的数据接收天线:另座建设在云南昆明的风凰山上，是-座口径40米的大天线。这国家天文合地面应用系统总部两座大口径天线像两只巨大的眼睛，注意着嫦娥1号的一举动，把从嫦娥1号传送来的所有信息全部收集起来，通过与天线配套的接收机系统，送到一套落地存储系统中保存起来。在地面系统中，负责把数据接收下来的这两个天线及其相配套的接收和落地存储系统被称作“ 数据接收分系统”，简称“DAS”。
探测数据预先处理:
通过天线接收下来的信息，在落地存储系统中只是暂时存放，因为这些数据是一些二进制的数据，所以还需要进行数据的预先处理，把这些二进制数据转换成能够被广大科学家使用的图像、谱线等数据。这个过程在航天工程中常常称做数据的预处理”过程，完成这一使命的系统称为数
据预处理分系统，简称“DPS”。这个系统由一套大型计算机软硬件组成，该系统的最大特点就是实现全自动化作业，就像我们经常见到的作业流水线-一样，它把从月球探测器上接收下来的探测数据，按照预先图2- -34地面应用系统机房效果图设定的程序自动生产出合格的数据产品。
嫦娥1号探测器有效载荷有8种仪器，数据预处理分系统负责对8种仪器发回的原始数据进行预处理，生成处理程度不同的一级和二级数据产品， 这些产品就像工厂里的标准件一样， 是按照国际标准制定的数据格式，因此通常称为标准数据产品。
数据深加工:
通过一道类似于流水线作业的过程后，本来非常抽象的探测数据变成了广大科学家都能图2-35地面应用系统实验室效果图识别的标准数据产品。但这些产品还不能成为公众所能理解的成果，需要对这些数据产品进行“深加工”，把这些“标准件”加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件，例如我们期望看到的月球表面“立体地图”.岩石类型分布图等。完成数据深加工作业的系统，在地面应用系统内部称为科学应用与研究分系统，简称“SAS"。
如前所述，科学应用与研究分系统完成数据的深加工任务，生产出公众能够接受的科学研究产品，是整个探月工程最后的一道工序。在这里，地面应用系统直接接受月球探测工程应用系统首席科学家的领导，组织全国的科学家和研究人员，对标准数据产品进行研究和应| 用(深加工)，把嫦娥1号传回的月亮上的信息转变成可以看得见，摸得着，形象生动的图件和文章，把嫦娥奔月的“故事”，以及“嫦娥”在月亮上的所“见”所“闻”，真实地再现给故乡的人们。
数据管理从数据接收开始，到数据的预处理和深加工，每一道工序都将产生大量的数据文件。如何把这些海量数据进行存储，以便随时调用和长期保存，是一门很大的学问。在地面应用系统中，有专门的分系统来完成这样的工作，这个分系统称为数据管理分系统，简称“DMS”。这个分系统是地面应用系统的“大管家”，是地面应用系统的服务与支撑体系。为了实现数据有序存储，方便查询和调用，必须要给每一个数据都起个名字， 用一个专业的词汇描述，这个起名的过程就是‘“数据编目”。 不要小瞧这个工作，这可是一-项 难度非常大的工作。名字起好了，就要把有了名字的数据分配到不同的“库房”里，这个过程就是数据存储。这个过程说来简单，可要实现就有很多的学问，比如存储有在线存储、近线存储和离线存储。在数据管理任务中，数据“取出”是数据管理中更为核心的内容。在“取”的过程中要涉及到“身份认证”，就像我们去仓库领东西，你必须要得到仓库管理员的认可，才能取出东西来。这个管理系统提供了自动身份识别功能，不仅如此，数据管理系统还把想调用数据的人，根据需要分成了不同的等级，只要你通过了身份认证，确认了你的等级，就能够根据自己的权限，获得相应的数据。
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介绍到这里，可能读者想知道最终的探测成果是怎样产生的。我们用月球立体图的制作过程为例，对这一生产过程进行说明。当月球探测器进入正常的业务运行阶段后，首先由运行管理分系统根据月球探测器轨道和它的运行状态，制定出探测器的立体相机开关机时间，调动立体相机进行工作;立体相机工作后，把拍摄的图像数据通过探测器发射天线送回地球，在地面上由数据接收分系统的50米(北京密云)和40米(云南昆明)口径天线接收，然后这些数据在运行管理分系统的统一调度下， 送到设在北京的地面应用系统总部:在地面应用系统总部，这些数据被复制成两份，一份直接放 入数据管理分系统中进行存储，另外一份在运行管理分系统的调度下，送到数据处理中心进行处理;数据处理中心进行数据预处理和数据深加工，分别由数据预处理分系统和科学应用与研究分系统负责完成，数据的预处理要对数据进行辐射校正、光度校正、几何校正等一 系 列的处理，生产出0、1、2级数据产品，这些产品会随时被数据管理分系统储存到数据库中;完成数据预处理流程的数据，由科学应用与研究分系统组织更多的科学家和技术人员进行数据的进一步 研究和处理，通过图像的几何精校正、拼接等一系列过程， 最终生产出我们期望得到的月球立体地图。
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