漫漫長路，它為「天問一號」火星探測保駕護航
2020-07-24 青年報
青年報•青春上海記者 郭穎
北京時間7月23日12：41，中國首次自主火星探測任務「天問一號」在海南文昌發射基地順利發射升空。
火星探測任務像長跑，火星最遠時距離地球4億公裡，是地月距離的1000倍。青年報•青春上海記者從中科院上海天文臺獲悉，從「天問一號」發射開始，甚長基線幹涉測量（VLBI）測軌分系統將參加地火轉移、火星捕獲、離軌著陸、環火探測等各階段的測定軌任務，本次實時任務將持續到2021年。
已用於月球探測器實時高精度測定軌
「天問一號」火星探測任務的環繞、著陸和巡視分別由環繞器、著陸巡視器來完成。環繞器運行在環繞火星的軌道上，既可以自主進行全球性、綜合性的環繞探測任務，同時為巡視器進行中繼通信；著陸機構負責攜帶巡視器安全著陸到火星上去，巡視器負責在火星表面進行區域巡視探測。
VLBI測軌分系統負責環繞器在地火轉移段、火星捕獲段、停泊段、離軌著落段、科學探測段等各個飛行段的VLBI測量和軌道計算任務，以及開展火星車的定位實驗。
VLBI測軌分系統由北京站、上海站、昆明站和烏魯木齊站以及位於上海天文臺的VLBI數據處理中心組成。這樣一個網所構成的望遠鏡解析度相當於口徑為3000多千米的巨大的綜合口徑射電望遠鏡，測角精度可以達到百分之幾角秒，甚至更高。
「『天問一號』發射12個小時以後，我們開始觀測，4個臺站一起跟蹤，對4個站的測量數據進行準實時與事後相關處理和系統誤差校準，得到每條基線上的VLBI時延和時延率數據，然後把數據傳到中心，進行測定軌。由於探測器到達火星距離遙遠，觀測時間漫長，因此每個變軌的地方都屬於觀測重要關鍵捕獲段，我們都要跟蹤，其他時間，大概是每個星期觀測兩次。」中科院上海天文臺研究員洪曉瑜介紹說，「探測器到達火星表面以後，還要工作幾年，因此之後幾年我們也會間斷地跟蹤。 」
青年報·青春上海記者 郭穎/圖
據介紹，VLBI測軌分系統主要工作包括：在每次任務實施前，接收北京中心發送的跟蹤時間計劃和探測器軌道預報參數等信息，制定VLBI觀測計劃，向北京中心和各觀測站發送VLBI觀測計劃和引導信息。在任務執行中，觀測站開展跟蹤觀測，記錄VLBI原始觀測數據並實時向VLBI中心發送；VLBI中心接收、處理各觀測站發送的VLBI原始測量數據，並按要求將VLBI時延（探測器到兩個測站的時間差）、時延率以及赤經、赤緯等VLBI觀測計算結果發送北京中心；接收北京中心轉發的深空站測速測距數據，利用VLBI和測速測距數據進行定軌和定位，並按要求將環繞器定軌和火星車定位結果發送至北京中心。
目前，VLBI測軌分系統已用於月球探測器實時高精度測定軌，已經圓滿完成了嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號和嫦娥五號再入返回飛行試驗器等VLBI測定軌任務。
「火星跟地球的距離是地月距離的1000倍，同樣測量精度的話，到達火星就相當於放大1000倍，所以我們必須有更高精度的測量。」洪曉瑜說，為了提高精度，VLBI測軌分系統共新研發了數十臺套軟體和硬體，分別布置於4個測站和VLBI中心，如VLBI中心的火星探測VLBI數據處理系統和定軌定位系統，4個測站的致冷接收機、前置型數據採集終端、基準信號鎖相傳輸系統、GNSS接收機、氫原子鐘、水汽輻射計等。
根據計劃，VLBI測軌的時間段會越來越早。中科院上海天文臺研究員劉慶會解釋了原因，「VLBI測軌的觀測時間主要是取決於地球和火星的相對運動以及我國的地理位置，所以我們在七八月的觀測時間基本上是從每天晚上10點到第二天的上午10點左右，但是隨著時間的推移，這個時間段會越來越提前，經過逐漸過渡，到了明年基本上從上午開始。 」
一個深空探測器要想準確地測量它的位置和速度，一般需要3個觀測量：天線到達探測器的距離、測量視線方向的速度以及它準確的方向。劉慶會說，VLBI的主要貢獻就是方向，也就是垂直於視線方向的位置變化。「當我們把這3個量結合起來的時候，就能快速而準確地測量這個探測器在空間的某一點的位置和速度。」
「天問一號」礦物成分探測的「火眼金睛」
此番中科院上海技物所負責研製我國首次火星探測任務有效載荷火星表面成分探測儀和火星礦物光譜分析儀，分別在著陸巡視和火星環繞兩個環節對火星表面元素與礦物成分開展科學探測，可以說打造的是火星礦物成分探測「火眼金睛」。
火星表面成分探測儀是火星車上的主要有效載荷之一，結合主動雷射誘導擊穿光譜探測和被動短波紅外光譜探測技術，對著陸區的火星表面元素、礦物和巖石開展高精度的科學探測，對研究火星的形成、地質的長期演變過程等具有重要的科學意義。火星一天只跟地球一天差40分鐘，溫差卻大得多：白天30℃，晚上零下130℃。由於火星車是用太陽翼來搜集能源的，因此白天搜集的太陽能必須保護自己晚上能生存下去。 「我們的儀器分到的太陽能很少，就0.8W的功率。為了確保它們在晚上零下130℃的環境下不會被凍壞，我們選擇了一些特殊的材料，加上熱光機上的一些設計，來適應環境。」上海技物所研究員徐衛明透露，設計完以後，他們做了很多環境實驗，看看低溫下會不會出問題，然後再改進。「在火星車上做的時候，還會給它穿衣服，包得嚴實一點，讓裡面的熱能夠保得住。正常情況下，如果在零下130℃的環境下，內部能做到不超過零下100℃。除了火星車上的表面成分探測儀，環繞器上的火星礦物光譜分析儀採用推帚式成像、多元實時動態融合的總體技術方案，突破紅外背景抑制、高效自由曲面-光柵分光組件、器上太陽及燈組合定標等關鍵技術，同步實現輕小型、低功耗與高性能。光譜儀通過獲取火星表面可見至中波紅外寬譜段（400nm~3400nm）的光譜成像數據，為火星表面物質成分的調查和分析的科學探測任務提供科學數據。
為什麼要探測分析火星表面的礦物成分？「通過分析火星表面礦物的光譜，能夠獲得火星表面的礦物成分，從資源分布來說也是可以有研究產出的。」上海技物所研究員何志平表示，「另外，如果了解上面的礦物成分分布，就可以了解它的演化和發展過程，都說火星和地球很相似，地球因人類活動影響後，對它自身的原始狀況不能了解的那麼精細，所以如果把火星看清晰了，倒過來也可以研究地球。」
何志平打趣道，此去火星就是要「照個相，測個礦物成分，做一點氣候和環境的檢測工作」。至於在火星的哪個地點進行，就由科學家經過綜合平衡後遴選確定。
火星礦物光譜分析儀將通過兩個功能來測礦物，成像讓人知道礦物表面長什麼樣，測光譜可以判斷出它是什麼礦物。
「圖像和光譜無非就是考量3個方面：怎樣看得更清、怎樣看得更精、怎樣看得更準。」何志平介紹說，此次探測計劃每個任務都是有要求的，對火星礦物光譜分析儀還有重量的要求。「比如說看得更清，40公斤的重量可以做一臺好儀器，但是給我們的重量限制只有8公斤，也要能看清，所以就要在技術性能上有所選擇。根據要求，技術上可以看到光譜範圍400nm-3400nm。譜段很寬，特別是紅外光譜可以支撐看得更精。」
需要突破的第一個技術是「紅外背景抑制」。「就如人體會發紅外光一樣，儀器本身也會發紅外光，但我們需要的是火星的紅外光，所以需要想方設法將儀器自身的紅外光影響降到最低？為了實現紅外背景抑制，我們從溫控、材料等方面做了很多技術突破。我們用高效的分光及探測組件，把響應信號做到最強，雖然進來的光是一樣的，但是得到的信號更高、噪聲更低，拿到的數據性能就能更好。」何志平說，「另一方面，在各國探測技術各顯其能時，還要看誰標定得更準。「我們在儀器裡設計了比較複雜的定標，看一下太陽，看一下黑黑的冷空間，再看一下自己帶去的燈，然後再看火星，這樣看的東西就會更準，拿到的數據更有顯示度。」
青年報•青春上海記者 郭穎
編輯:張紅葉
相關焦點
-
「天問一號」火星探測 安徽科技保駕護航
中科院合肥物質科學研究院，中國科技大學，中電博微16所、38所、43所及中電博微聖達科技都用自己的科研成果為「天問一號」火星探測之旅貢獻著安徽科技的力量。 環繞器探測雷達 「透視」火星地下都有啥物質 「天問一號」在「繞」的階段，要完成探測火星表層和次表層結構分層信息，尋找火星地下冰水存在的痕跡與證據，這個過程需要用到火星探測設備。在「天問一號」上，共搭載了7個火星探測設備，可環繞火星運轉並對火星次表面進行探測。 -
地球上的「千裡眼、順風耳」為「天問一號」保駕護航
地球上的「千裡眼、順風耳」 為「天問一號」保駕護航看看新聞Knews記者 張幗霞2020-07-23 13:30中國首次自主火星探測任務"天問一號"在海南文昌發射基地順利升空。從發射第一天到火星車著陸、進行科學探測，地球上將始終有一副"千裡眼、順風耳"，追逐著天問一號的蹤跡。那就是由4個觀測站和VLBI中心組成的VLBI測軌分系統。 -
遠安80後工程師為「天問一號」護航「圖」
本網訊（融媒體記者伍玉華、龍劍）7月23日12時41分，我國首次火星探測任務「天問一號」探測器在中國文昌航天發射場發射成功，開啟了中國的火星探測之旅。在「天問一號」發射成功的背後，有一位默默奉獻的遠安籍計量系統工程師，他就是陳俊。 -
「河南科技」護航「天問一號」
河南日報客戶端記者 尹江勇 通訊員 王瑞7月23日12時41分，我國長徵五號遙四運載火箭在海南文昌成功發射首次火星探測任務探測器，將「天問一號」探測器送入預定軌道，邁出了我國行星探測第一步。如以往的重大航天發射任務一樣，來自河南的一批「科技力量」，正在為「天問一號」的成功發射和開啟「火星之旅」保駕護航。 -
伴飛「天問一號」！28歲姑娘成首次火星探測任務北京總調度
央視軍事微信公號9月22日消息，截至目前，「天問一號」已在軌飛行60天，飛行路程約1.6億公裡，探測器各系統狀態良好。誰在地面遙控它？誰又在為它保駕護航？一起走進北京航天飛行控制中心，認識與「天問一號」「伴飛」的中國航天人。 -
中國首個深空天線組陣系統啟用,為天問一號探火之旅保駕護航
中國首個深空天線組陣系統啟用，為天問一號探火之旅保駕護航 央視新聞11月17日消息，近日，我國首個深空天線組陣系統在西安衛星測控中心喀什深空站啟用，並已投入到「天問一號」「嫦娥四號」等深空探測任務中。 -
火星探測有多難？揭秘天問一號的火星之旅
接下來，天問一號探測器將開啟7個月的漫漫徵途。目前，人類火星探測的成功率只有50%左右。在飛往火星的路上，無數挑戰正在等著我們。天問一號是否能順利抵達火星？我們期待，我們等待。7個月，這是一趟漫長又艱難的旅程。人類對火星的探測起步於20世紀60年代，目前已實施40餘次探測任務，但只成功20餘次，成功率只有50%左右。 -
發射前往火星，天問一號八大闖關之旅正式開啟！
第三關，天問一號已經在切入霍曼轉移的路上！第四關：深空導航制導與控制茫茫深空，漫漫長路，此前各個探測任務採用的霍曼轉移軌道普遍在4-7億千米的長度，6-11個月的旅程。天問一號的軌跡耗時7個月左右，預計於2021年2月中才能抵達火星，需要走過的路已經遠遠超過了中國此前的航天任務。 -
中國四地組「超級望遠鏡」為火星探測「長跑」護航
中科院上海天文臺 供圖中國23日開啟首次自主火星探測任務，計劃一次實現「環繞、著陸、巡視」三大目標。火星探測任務像長跑，火星最遠時距離地球4億公裡，是地月距離的1000倍。中國科學院上海天文臺方面介紹，甚長基線幹涉測量(VLBI)測軌分系統將為「天問一號」火星探測任務保駕護航。 -
「天問一號」發射升空！我們為什麼要探測火星？
根據央視新聞客戶端消息，2020年7月23日12點41分左右，我國長徵五號遙四運載火箭在海南文昌發射中心發射升空，本次搭載的是「天問一號」火星探測器。這是我國首次自主探測火星，要通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視，難度係數非常高。 -
在飛向火星的漫漫長路上，新鄉科技助力「天問一號」永不迷向
記者李虎成 王永樂通 訊員王朝安 劉萱7月23日12時41分，我國在海南文昌發射場成功發射「天問一號」火星探測器。在飛向火星的漫漫長路上，探測器和地面之間有根「線」，這根「線」的成功搭建就有位於新鄉市的中國電科第22研究所的參與。該所自主研發的水汽輻射計為「天問一號」提供測控和數傳服務，使探測器在茫茫星海中可以準確定位、永不迷向。 -
「天問一號」探火 中國深空測控網護航
據新華社西安7月24日電（記者李國利 呂炳宏）「天問一號」火星探測器發射升空並進入地火轉移軌道後，由佳木斯深空站、喀什深空站、阿根廷深空站組成的我國深空測控網順利實施探測器地火轉移段首個圈次測控工作。目前，探測器工況正常。7月23日13時21分許，阿根廷深空站率先捕獲目標。 -
「天問一號」北京總調度是個28歲姑娘
誰在地面遙控它？誰又在為它保駕護航？這裡的航天人會時刻看護它的狀態有時還要對飛行軌道進行修正就像是「天問一號」的「私人醫生」幾十年如一日 中國航天人一直為我國航天事業保駕護航 未來他們還將繼續陪伴「天問一號」 助力我國首次火星探測任務順利完成 火星，我們來啦！ -
28歲的她，成了「天問一號」北京總調度
誰在地面遙控它？誰又在為它保駕護航？這位92年出生的姑娘名叫鮑碩擔任首次火星探測任務北京總調度中國航天人幾十年如一日 一直為我國航天事業保駕護航 未來他們還將繼續陪伴「天問一號」 助力我國首次火星探測任務順利完成 火星，我們來啦！ -
火星探測任務「天問一號」你了解多少？
我國的「天問一號」火星探測任務的目標是環繞並探測火星。天問一號這個名稱由何而來？何時發射？在哪裡發射？下面為你一一解答。2020年的&34;火星探測任務將完成火星環繞、著陸和巡視探測三大任務。天問一號預定於今年7月和8月間擇機發射，2021年2月開始執行火星探測任務。 -
VLBI測軌分系統助力「天問一號」完成第一次軌道修正護航
「天問一號」火星探測器進入地火轉移軌道，開始了為期6個多月的奔火之旅。8月2日7時0分，「天問一號」探測器順利完成了第一次軌道修正,繼續飛向火星。自發射之日起至8月2日止，VLBI測軌分系統已連續執行了10天的VLBI實時測定軌任務，跟蹤「天問一號」火星探測器正常，系統穩定，準實時向北京發送時延、時延率和測角數據，實時性滿足任務要求。VLBI時延和時延率測量精度均優於工程任務指標。 -
54所著力提升深空測控能力，為我國首次火星探測任務保駕護航
54所技術人員積幾十年之功，在護航載人航天工程和探月工程之後，再次技術擔當，為我國火星探測任務繼續貢獻自己的力量！為你指路，護你出徵：控好「天問」風箏線我國是全球首個在第一次火星探測中就完成「繞、落、巡」三項任務的國家。「天問一號」任務重大並被給予了深切的厚望。 -
火星探測之中國「天問一號」：人類外星移民，也許並非遙不可及
——天問一號歷來人類對於火星已經進行了多次探索，而今年7月是每隔26個月，火星和地球公轉軌道最近的幾個星期，被視作是探測火星的最佳窗口期。所以7月份阿聯的希望號、美國的毅力號和中國的天問一號火星探測器，在間隔幾天的時間裡都進行了發射，而且目前來看都取得了階段性成功，按照預設時間，探測器都大概在2021年的2月到達火星。 -
外媒：中國首次執行的火星探測「天問一號」，意味著什麼
中國「天問一號」火星探測器按計劃即將發射，德國媒體7月4日刊文解析，中國首次火星任務「天問一號」，背後一些重要信息你了解多少？」火星探測任務的目標是環繞並探測火星。「天問一號」這個名稱因何而來？何時發射？在哪裡發射？德國之聲7月4日指出，中國2020年的「天問一號」火星探測任務將完成火星環繞、著陸和巡視探測三大任務。「天問一號」預定於2020年7月至8月間擇機發射，2021年2月開始執行火星探測任務。 -
「天問一號」北京總調度是一位90後姑娘
截至目前「天問一號」已在軌飛行60天飛行路程約1.6億公裡探測器各系統狀態良好誰在地面遙控它？誰又在為它保駕護航？>這裡的航天人會時刻看護它的狀態有時還要對飛行軌道進行修正就像是「天問一號」的「私人醫生」