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中电39所深空火星测控设备护航“天问一号”

2020-09-04
来源: 射频百花潭

  7月23日,我国在文昌发射基地,成功发射“天问一号火星探测器,开启了中国首个火星探测任务。中国电科39所深空探测设备乘风破浪保驾护航。

  相比登月所跨越的38万千米,地球到火星需要跨越几千万千米的距离,“天问一号”探测器约飞行7个月,才可到达火星,此后,着陆巡视器软着陆于火星表面,在着陆区附近开展巡视探测,环绕器开展为期2年的中继和遥感探测。要想从几千万千米外接收到清晰准确的信号,测控系统功不可没。

  测控系统在整个任务期间,主要负责完成对探测器各飞行阶段的测定轨、状态监视、飞行控制,对着陆巡视器在火星表面探测阶段的操作控制等任务。本次任务的最远作用距离达到4亿千米,对测控系统提出了更新、更高、更严的要求。

  深空探测领域对一个国家大运载能力火箭、航天器测控、远程通讯等技术均提出了很高的要求。39所作为我国精密天线和跟踪系统专业化研究所,成功研制了不同口径的天线系统产品万余台套。从1985年第一台25米口径天线,到2006年第一台40米口径天线,再到近年内研制完成70米口径天线,39所在大口径高精度天线领域取得了长足的发展,积累了深厚的技术沉淀。

  佳木斯、喀什、阿根廷深空测控站,精准信号捕捉发回的“全能手”。

  39所为佳木斯、喀什、阿根廷深空测控站,提供了所有天伺馈设备。作为测控系统的主力装备,佳木斯深空测控站是我国首个超大口径深空测控站,可为月球二期、三期探测,火星探测以及后续深空探测任务提供测控通信支持。在本次火星探测任务中,最远距离达到4亿千米,意味着火星探测器发出的下行信号到达地球时已极其微弱,如何捕捉到精准信号,佳木斯深空测控站作用极其重要。66米大口径天线,好比一个灵敏度极高的“听诊器”,负责在外太空噪声中寻找并捕获探测器信号,并解调出探测器供电、温度、仪表工作状态、科学试验数据等各种参数。当探测器到达火星后,配有10kw连续波超大功放的佳木斯深空测控站好比一个作用距离极远的“遥控器”,将地面的指令发送给探测器,实现探测器变轨、打开太阳能帆板、着陆巡视器的软着陆、试验仪器的控制等。此外,佳木斯深空测控站还可以起到“数据高速公路”的作用,实现图像等数据的传输,接收并解调着陆巡视器拍摄的火星表面的图像数据等。

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  39所佳木斯66米天线

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  39所阿根廷35米天线

  亚洲最大单口径全可动天线,高质量、高可靠信号回传的“收发机”。

  我们都知道,地火最远距离约为地月距离的1000倍。发射信号的衰减与距离的平方成正比,相同发射功率的信号到达地球将非常微弱,而增大地面接收天线的口径,也就是接收面积,是提高信号信噪比的基本途径。为实现我国首次火星探测工程来自4亿千米距离之遥的微弱信号数据接收,39所承担了70米天线(GRAS-4)高性能接收系统,该系统建成后将成为亚洲最大的单口径全可动天线,能够大幅度提高我国深空探测下行数据的接收能力,在提高天线效率的同时减少了系统噪声,提高了抗干扰能力,具备稳定接收微弱人造数据信号和感知极微弱宇宙自然天体辐射电磁波等功能。它将同已建成的北京密云站GRAS-1天线(天线口径50米)和GRAS-3(天线口径40米),云南昆明站GRAS-2天线(天线口径40米)成为探索宇宙奥秘的“‘顺风耳’天线四兄弟”,为完成我国首次火星探测工程任务以及后续的深空探测任务提供坚实基础。

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  39所天津武清70米天线效果图

  此外,39所还承担了我国首个深空探测天线阵4台35米波束波导天线系统的建设,可为地面与星际探测器之间建立高质量、高可靠的射频通道,完成数据接收任务,可服务于我国探月和火星探测工程,助力我国在深空探测领域进入世界先进行列。

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  39所喀什35天线组阵

  

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