穿越星空的連接，地面如何與深空探測器保持聯絡？

宇宙遙遠深空中的探測器（比如我國探月工程的嫦娥系列探測器，或即將發射的「天問一號」），是怎麼與地球建立並保持聯絡的呢？這就需從「深空網」說起。

什麼是深空網？

太空飛行器能夠順利發射，變軌，著陸，開展探測工作都是由深空測控系統默默地測控支持。該系統主要由太空飛行器上的星載測控分系統、地面的深空測控站、深空任務飛行控制中心組成.

我們將分布於地面的多個深空測控站組成的測控網稱為深空網，主要用於深空太空飛行器跟蹤測量，監視控制，數據傳輸和信息交換。深空網就好比深空探測的千裡眼和順風耳，它能觀察到多遠、聽得多清楚、計算得多準確，決定了深空探測器能夠走多遠！

如何與深空探測器聯絡？

簡單地說是通過一口高增益的「鍋」，在地面測控中心可以看到。專業地說，這口大鍋叫做「高增益的拋物面天線」。拋物面天線是用於接收和發射信號的器件。增益是指把傳輸的信號進行放大，可以使信號更容易被接收。為何拋物面天線增益高呢？根據拋物面所具有的幾何特性，當一束平行光，微波等電磁波打進拋物面，會匯聚到焦點上。

隨著太空飛行器越往深空進發，距離地球越來越遠，信號的路徑損耗也會越來越大，也即地面接收到的信號也越微弱。天線的增益與天線口徑的平方成正比。為了解決這個問題，首先可以利用更大的天線增益來對抗損耗，將「鍋」的直徑做得大一些，如果天線的口徑也到達極限了，怎麼辦呢？

可以把多個天線按一定規律排列起來，組成天線陣列，各個天線接收到的信號可以進行疊加，從而達到提高增益的效果，提升數據的有效傳輸。

此外，還可採用中繼的方式來延長通信距離，由最遠處的太空飛行器將信號傳到較遠處的太空飛行器進行轉接，再將信號傳到深空站上。

深空站的具體任務又有哪些呢？

跟蹤測量導航

在太空飛行器飛行過程中，地面控制人員要知道太空飛行器任何時候所處的飛行位置，太空飛行器也要隨時知道自己所在的空間位置，便於進行姿態的控制。

任務飛行控制

根據探測任務，探測器需要從發射初始軌道經過一系列的變軌以達到目標軌道。任務中心根據任務設計的軌道要求計算出當前軌道到目標軌道的變軌控制量，並通過深空網注入探測器完成探測器的變軌任務。

探測任務操作

地面任務控制中心根據探測器的當前狀態和探測任務要求，編排一系列指令控制程序，並通過探測器實施的過程。

數據傳輸通信

就是將探測器產生或獲取的各類信息數據傳輸到地面。

中國深空網的布局

中國的深空網由西安衛星測控中心喀什深空站、佳木斯深空站和阿根廷南美站三個測控站組成。

我國的深空網是隨著中國探月工程的實施，分階段建設發展起來的，具備支持探測任務的多頻段遙測、遙控、數據接收和跟蹤測量等功能，對深空探測器的測控覆蓋範圍接近90%，是全球布局的三大深空測控網之一.

由於地球一直在自轉，地面單個深空站最多只能實現8-10小時的通信，要保證深空探測全天24小時的跟蹤覆蓋，就需要在國外合適的區域再建一個深空站，這就是阿根廷南美站的由來。

這三個深空站分別配置了極高靈敏度接收機，大功率發射機，信號處理系統和大口徑的拋物面的接收發射天線，用來發出指令並接收處理深空探測器反饋的信號，保持地面與極遠距離太空飛行器之間的通信和控制。

佳木斯深空站裝備有目前全亞洲口徑最大、接收靈敏度最高的深空測控天線，直徑達66米。其深空探測作用距離可達4億公裡。

阿根廷深空站位於阿根廷內烏肯省位於巴塔哥尼亞高原區，配備口徑長達35米的天線，可用於接收和下載各種探測到的信息數據。

佳木斯深空站

近日，為了更好地對即將啟程的「天問一號」火星探測任務提供測控支持，西安衛星測控中心對喀什深空站、佳木斯深空站進行了優化改造。在「天問一號」探測器實施地火轉移期間，我國首個深空天線組陣系統將投入使用。