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“天问一号”的地面测控系统

2020-08-07
作者:毕晓东
来源:ChinaAET

        7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭载着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器于文昌航天发射场成功发射升空,飞行2 000多秒后,成功将探测器送入预定轨道,开启了我国的行星探测任务。天问一号的火星探测是我国行星探测任务的第一步,要一次性实现“环绕”“着陆”“巡视探测”三大任务,这在世界航天史上前所未有。

          “天问一号”的火星之旅,凝结着我国航天领域的多项关键技术突破,通信测控技术就是其中重要一环。国际上,定义200万公里以远为深空。作为太阳系中我们的近邻,火星距太阳的平均距离为1.524 AU(AU为地球到太阳的平均距离,约149 457 000 km),距地球距离在5 000万~5亿公里之间变化。探测器与地球的可靠通信至关重要,那么“天问一号”如何与地球通信呢?这主要是通过我国的深空测控网系统。

        通常,将地面的多个深空测控站组成的测控网称为深空网或深空测控网,特指专门用于深空航天器测控和数据传输的专用测控网。它配有大口径抛物面天线、大功率发射机、极高灵敏度接收系统、信号处理中心以及高精度高稳定度时间和频率系统,能完成200万公里以远深空航天器的测控任务。

        在测控领域内,深空测控技术一直处于技术发展的最前沿,牵引着测控通信技术的发展。随着我国经济和科技实力的不断增强,进一步开展深空探测,开展对火星、小行星和其他太阳系内行星的探测,成为我国深空探测的目标。

        目前,世界上的深空测控网主要有美国NASA深空网、ESA深空网和我国的深空网。

        美国NASA深空网由在全球按经度间隔120°分布的三个深空通信综合设施组成,分别位于美国加州的戈尔德斯通、西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉。NASA深空网是目前世界上规模最大、能力最强的深空测控系统。

        ESA是世界上第二个建成全球布站深空测控网的航天机构。ESA深空网的建设始于1998年,目前已经建成了全球分布的三个具有35m口径天线的深空站,分别是澳大利亚新诺舍站、西班牙塞弗雷罗斯站和阿根廷马拉圭站。  

        我国深空测控网由三个深空测控站和一个深空探测任务中心组成。三个深空测控站有两个位于国内,选址选择了东西跨度最大,分别位于喀什和佳木斯。另外一个深空站与阿根廷合作,位于阿根廷的南美站;深空探测任务中心位于北京航天飞行控制中心内。

        为了完成火星探测任务,喀什站新安装了三座直径35m测控天线,与原来的一座直径35 m的测控天线形成测控天线阵列,具备S/X/Ka三频段测控能力;佳木斯站安装口径直径66 m的测控天线,具备S/X双频段测控能力。南美站安装直径35 m的测控天线,具备S/X/Ka三频段测控能力。这三个深空测控站构成的三站联网的深空探测网,可以实现对深空航天器90%以上的测控通信空域覆盖,用于支持我国的探月、火星探测和其他深空探测任务。

        深空测控通信系统的主要任务有以下几点:跟踪测量导航、任务飞行控制、探测任务操作、数据传输通信。


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