第一章
航天係統
航天係統又稱航天工程係統。由航天器、航天運輸係統、航天器發射場、航天測控網、應用係統組成、完成特定航天任務的工程係統，是現代典型的複雜大係統。
航天係統執行的特定任務和獲取信息的方式，決定它的工作原理、組成和結構。獲取來自太空信息的方式有兩種，一是通過無線電信道傳輸到地麵接收站點，二是通過專用的返回艙采集信息。
航天器載人的航天係統，稱為載人航天係統；航天器不載人的航天係統，稱為無人航天係統。執行軍用航天任務的航天係統，稱為軍用航天係統；執行民用航天任務的航天係統，稱為民用航天係統。民用航天係統包括用於科學研究的航天係統和直接為國民經濟服務的航天係統。軍用航天係統和直接為國民經濟服務的航天係統屬於應用航天係統。應用航天係統種類繁多，如：衛星通信係統、衛星導航定位係統、衛星氣象觀測係統、衛星偵察係統等。
空間技術
空間技術是探索、開發和利用宇宙空間的技術，又稱為太空技術和航天技術。目的是利用空間飛行器作為手段來研究發生在空間的物理、化學和生物等自然現象。
但對“天”目前專家們有兩種理解：一是把地球大氣層以外的無限遙遠空間稱之為“天”；另一是把地球大氣層外、太陽係以內的有限空間叫做“天”。若按前一種理解，空間技術和航天技術完全是一回事；若按後一種理解，人們把地球大氣層以外、太陽係以內的空間活動稱之為航天，超出太陽係以外的空間活動稱之為航宇。這樣，空間技術則應涵蓋航天技術和航宇技術。但由於在相當長的時間內，人類主要還是在太陽係內從事活動，因此，當今把航天技術和空間技術視為同義詞已得到公認。
我國的航天專家將空間技術的主要特點概括為兩個方麵：
首先空間技術是一門高度綜合性的科學技術，是很多現代科學和技術成就的綜合集成。它主要依賴於電子技術、自動化技術、遙感技術和計算機技術等眾多先進技術的發展。因此，一個國家空間技術的成就，最能體現其科學技術的水平，是衡量其科技實力的重要標誌。
其次，空間技術是一門快速的、大範圍的、在宏觀尺度上最能發揮作用的科學技術。比如，通信衛星可以大麵積覆蓋地麵以至全球；氣象衛星可以進行全球天氣預報；偵察衛星可以及時監視廣大地區的軍事活動等。
空間技術區別於一般常規技術的這兩大特點，使其對一個國愛的實力和進步起到意想不到的戰略性作用：在經濟上能產生很高的經濟和社會效益，普遍認為，開發利用外層空間資源，其投資效益能達到1∶10以上；在軍事上最能顯示一個國家的軍事實力，一個國家隻要占有空間優勢，就掌握了軍事戰略上的主動權；在政治上對提高一個國家在國際活動中的地位影響深遠。一項重大空間成就，往往成為國際談判的重大籌碼；在科學技術上還能帶動電子、自動化、遙感、生物等學科的發展，並形成包括衛星氣象學、衛星海洋學、空間生物學和空間材料工藝學等一群新的邊緣科學。
空間技術的開創和發展是人類開拓宇宙空間的壯麗事業。空間技術自20世紀50年代崛起以來，以其輝煌的成就對國際政治、軍事產生的影響和對人類經濟、文明作出的貢獻舉世矚目。幾十年來，空間技術取得了重大的成就，其中各類衛星大顯神通。
航天測控網
航天測控網是對運載火箭和航天器進行跟蹤、測量和控製的專用網絡係統。一般由航天指揮控製中心和若幹測控站（含測量船、測量飛機、跟蹤與數據中繼衛星）及測控通信係統組成。
航天測控網具有對運載火箭和航天器進行跟蹤測量、遙測、遙控、數傳等功能。工作內容主要包括：跟蹤測量航天器，確定其運行軌道；接收、處理航天器的遙測數據（含平台和有效載荷遙測、圖象信息等），監視其工作狀況；依據航天器的工作狀態和任務，控製航天器的姿態、運行軌道；接收和分發有效載荷數據；實時提供航天器的遙測信息、運行軌道和姿態等數據，接收故障仿真數據，並形成故障處理對策；與載人航天器上的航天員進行通信聯絡。航天測控網的主要技術指標包括測量精度、測控覆蓋率、天地數據傳輸速率、多任務支持能力等。
係統特點
規模適當，布局合理，以較少的投入獲得了較大的效益。這是航天測控網的鮮明特色。
為滿足載人航天的基本要求，航天測控網建立了網絡管理中心，對測控網進行集中監控，並負責測控資源的動態優化配置，實現了對陸上、海上所有13個測控站的聯網和統一管理調度。
航天測控網可對火箭、各種軌道衛星和載人飛船等航天器提供高精度測控支持服務，實現了“飛向太空、返回地麵、同步定點、一網多星、國際兼容、飛船回收”六大曆史性跨越。
航天測控網不僅軌道測算精度高，而且具備天地話音、電視圖像和高速數據傳輸等能力。測控中心的專家組可根據各測控站傳來的信息，研究決策並直接向航天器發送指令，實現了對航天器的"透明"控製，大大強化了監控能力，特別是提高了在應急情況下的測控能力。能充分利用有限的國土跨度和其他資源，通過優化測控站、船布局，確保航天器在上升段、變軌段、返回製動段、分離段等關鍵飛行段落的測控支持。
工作原理
統一S波段（USB）航天測控網是指使用S波段的微波統一測控係統。這裏的微波統一測控係統是指利用公共射頻信道，將航天器的跟蹤測軌、遙測、遙控和天地通信等功能合成一體的無線電測控係統。
微波統一係統的基本工作原理是：將各種信息先分別調製在不同頻率的副載波上﹐然後相加共同調製到一個載波上發出；在接收端先對載波解調﹐然後用不同頻率的濾波器將各副載波分開：解調各副載信號使得到發送時的原始信息。微波統一測控係統一般由天線跟蹤/角測量係統、發射係統、接收係統、遙測終端、遙控終端、測距/測速終端、時/頻終端、監控係統、遠程監控或數據傳輸設備以及其它附屬設備組成。
統一S波段（USB）航天測控網最早是在20世紀60年代美國在執行阿波羅登月計劃時首先使用的。60年代初，美國在執行水星號和雙子星號載人航天任務時，由於使用了多種頻段的設備分別進行不同的工作﹐結果飛船上天線多﹑重量大﹑可靠性差﹐而且地球上也相應設置了十分複雜的設備。為了改變這種情況，美國國家航空航天局提出采用統一S波段（2000～4000兆赫）係統作為阿波羅登月計劃的地麵保障係統，並在60年代中期建成了以統一S波段為主體的跟蹤測控網，從而使航天測控從單一功能分散體製改進為綜合多功能體製。
主要內容
進行陸地測控。航天測控的基本組成是遍布全球的陸地測控站。為確保對航天器軌道的有效覆蓋並獲得足夠的測量精度，通常利用在地理上合理分布的若幹航天測控站組成航天測控網。因此根據測控區域的要求，陸地測控站分布範圍很廣，航天測控網可以建在本國境內，也可以建在全球任何適於測控的地方。
地麵測控是一件非常重要、非常精細和非常複雜的工作。衛星的地麵測控由測控中心和分布在各地的測控台、站（測量船和飛機）進行。在衛星與運載火箭分離的一刹那，測控中心要根據各台站實時測得的數據，算出衛星的位置、速度和姿態參數，判斷衛星是否入軌。入軌後，測控中心要立即算出其初軌根（參）數，並根據各測控台站發來的遙測數據，判斷衛星上各種儀器工作是否正常，以便采取對策。這些工作必須在幾分鍾內完成。
衛星在整個工作過程中，測控中心和各測控台站還有許多繁重的工作要做。其一是不斷地對其速度姿態參數進行跟蹤測量，不斷地精化其軌道根數；其二是對星上儀器的工作狀態進行測量、分析和處理；其三是接收衛星發回的科學探測數據；其四是由於受大氣阻力、地球形狀和日月等天體的影響，衛星軌道會發生振動而離開設計的軌道，因此要不斷地對衛星實施軌道修正和管理。
對於返回式衛星，在返回的前一圈，測控中心必須計算出是否符合返回條件。如果符合，還必須精確地計算出落地的時間及落點的經緯度。這些計算難度很大，精度要求很高，因為失之毫厘，將差之千裏。返回決定作出後，測控中心應立即作出返回控製方案，包括向衛星發送各種控製指令的時間、條件等。
衛星進入返回圈後，測控中心命令有關測控台站發送調整姿態、反推火箭點火、拋掉儀器艙等一係列遙控指令。在返回的過程中，各測控台站仍需對其進行跟蹤測量，並將數據送至測控中心。由此可見，為使衛星正常地工作，必須有一個龐大的地麵測控係統日以繼夜地緊張工作。
衛星測控中心是這個係統的核心。計算大廳是測控中心的主要建築之一，那裏聚集著眾多的大型計算機。除了看得見的硬件外，還有許多看不見的軟件--對衛星進行管理的程序係統，包括管理程序、信息收發程序、數據處理程序、軌道計算程序、遙測遙控程序和模擬程序等。這些硬件和軟件，既有計算功能，又有控製功能，它們是測控係統的大腦。測控中心還有它的神經網絡，即通信係統，它通過大量的載波電路、專向無線電線路、各向都開通的高速率數據傳輸設備，把衛星發射場、回收場以及各測控台站等四麵八方聯係起來。
航天測控站的任務是直接對航天器進行跟蹤測量、遙測、遙控和通信等，它將接收到的測量、遙測信息傳送給航天控製中心，根據航天控製中心的指示與航天器通信，並配合控製中心完成對航天器的控製。