共享星球丨4億公裡星空，火星說：」地球，你能聽見我嗎？」

　　

　　Hey!同學們好啊~在我們沒有見面的這段日子裡，可發生了一件大事。7月23號，在海南文昌航天發射場，搭載著「天問一號」探測器的「長徵五號」遙四運載火箭發射成功，我國首個火星探測任務順利開啟。由環繞器、著陸巡視器組成的「天問一號」探測器，按計劃將進行長達約7個月風塵僕僕的星際跋涉，到達這顆神秘的紅色星球，完成環繞火星、著陸火星、巡視火星三大任務，朝著成為「全球火星競賽」第三名的目標前進。

　　

　　

　　在這趟漫長的星際旅途中，即使是選擇了地球與火星距離最短的時間窗口發射，「天問一號」地火飛行路徑也超過了4億公裡，是地月距離的1000倍。

　　器地距離越遠，通信時延越大。地面的測控信號到達環繞器最長需要22分鐘，和地球進行一次一來一回的「對話」就需要44分鐘，在這漫長的傳輸過程中，時間延遲是月球探測器的1000倍，信號衰減是月球探測器的100萬倍。這個情況，怎麼保證雙方能接通「電話」，順利傳送信號呢?

　　

　　今天，小編就帶大家來了解這樣的深空通訊是如何順利進行的吧!

　　No

　　-Number-

　　01

　　深空通訊兩點關鍵技術一網打盡

　　有兩樣東西，我思索的回數愈多，時間愈久，它們充溢我以愈見刻刻常新、刻刻常增的驚異和嚴肅之感，那便是我頭上的星空和心中的道德律。

　　——康德

　　對未知宇宙的探索，是人類的一直以來的不懈追求。進入21世紀以來，隨著航天技術與空間科學的飛速發展，人類認識宇宙的手段越來越豐富，範圍也越來越廣，開展地月日大系統研究，進行太陽系邊際探測，已成為人類航天活動的重要方向。

　　深空探測作為航天科技發展的第三座裡程碑，是當今世界各國科技競爭的戰略制高點，充分體現了一個國家的國家意志、科技水平和綜合國力。深空通訊承擔著保障深空探測計劃順利實施的重要使命，已成為空間科學技術發展的重要組成部分。

　　

　　與陸地通訊、水下通訊與衛星通訊不同，深空通信是一種受空間物理特性影響極為嚴重的通信過程，深空環境下的電磁波要穿越多段特性不同的信道，受到各種幹擾的交疊影響，還要面臨由天體周期性運動造成的無可視鏈路情況，導致傳統的通信理論、網絡理論無法適用。

　　同學們還記得電影《火星救援》嗎?主角馬克利用空間站剩餘的東西，組建出了一個與地球溝通的聯絡器。信號成功到達了地球表面，但圖片和文字聲音都是斷斷續續的。這也不是因為馬克能力不夠，在這樣的條件下，他能聯繫到地球，已經是「天選之子」了。

　　

　　

　　因為在深空探測器重量資源有限、集成度要求極高的約束下，火星環繞器要克服巨大的信號衰減、傳輸時延和空間電磁幹擾等因素。為此，我國研製團隊開展了關鍵技術攻關，成功研製了以超高靈敏度的數位化應答機和大口徑可兩維驅動天線為核心的一體化測控系統，來實現信號的順利傳輸。

　　火星環繞器有了超高靈敏度的應答機，就像練就了武林高手才有的聽聲辨位本領，能夠在嘈雜的噪聲中準確捕捉到一絲微弱的有用信號，正確解析並執行地面的指令。

　　而大口徑可兩維驅動天線讓環繞器擁有一副神話故事裡的順風耳，通過精準的兩維指向控制，將天線實時對準數億公裡外的地球，儘可能多的收集信號能量，並傳遞給應答機。

　　No

　　-Number-

　　02

　　兩個核心輔助助力通訊順利

　　相比登月所跨越的38萬千米，地球到火星需要跨越幾千萬千米。除了關鍵技術的攻克，面對這樣的距離，深空通訊還需要一些「輔助位」的幫助。

　　一號輔助：佳木斯深空測控站

　　

　　

　　要想從幾千萬千米外接收到清晰準確的信號，測控系統功不可沒。中國電科技術專家表示，與近地軌道相比，本次任務的最遠作用距離達到4億千米，對測控系統提出了更新、更高、更嚴的要求。

　　佳木斯深空測控站，精準信號捕捉發回的「全能手」。作為測控系統的主要參試設備，佳木斯深空測控站是我國首個超大口徑天線深空測控站，可為月球二期、三期探測，火星探測以及後續深空探測任務提供測控通信支持。

　　當探測器到達火星後，配有10kw連續波超大功放的佳木斯深空測控站好比一個作用距離極遠的「遙控器」，將地面的指令發送給衛星。此外，佳木斯深空測控站還可以起到「數據高速公路」的作用，接收並解調著陸巡視器拍攝的火星表面的圖像數據等。

　　二號輔助：70米高性能接收天線

　　

　　

　　中科院國家天文臺副臺長、中國首次火星探測工程副總設計師兼地面應用系統總指揮李春來指出，地火最遠距離約為地月距離的1000倍。火星探測對數據接收任務來說是一項嚴峻的挑戰，沒有大口徑的天線，就不能完成數據接收的任務。

　　作為我國火星探測數據接收的關鍵設備，由國家天文臺負責建設的70米天線在天津武清成功進行了反射體的整體吊裝。該項目建成後將成為亞洲最大的單口徑全可動天線，為我國深空探測提供堅實基礎。

　　李春來：「我們在最遠的時候，很可能還得加上密雲的50米天線和40米天線，以及昆明的40米天線，4個天線同時接收數據，然後進行信號合成，才能完成火星探測數據的接收任務。」

　　預計到2020年10月，70米大天線能完全具備火星探測的數據接收能力。

　　No

　　-Number-

　　03

　　探索不息，深空探測前路漫漫

　　了解到了深空通訊的不易，我們更要理解深空探測背後的重要意義。

　　正如火星探測器「天問一號」的名稱來源——屈原的長詩《天問》，「日月安屬，列星安陳」這樣的求知渴望，正對應著兩千多年後的中國「走出」地球，探索遙遠行星世界的堅定決心。中華民族對真理追求的堅韌與執著，體現了在對自然和宇宙空間的探索中。

　　在2018 年 11月14日，習近平主席在致信祝賀亞太空間合作組織成立 10周年時指出，外層空間是人類共同的財富，探索、開發、和平利用外層空間是人類共同的追求。中國倡導世界各國一起推動構建人類命運共同體，堅持在平等互利、和平利用、包容發展的基礎上，深入開展外空領域國際交流合作。中國一貫主張合理開發、利用空間資源，保護空間環境，推動航天事業造福全人類。

　　

　　天問一號探測任務意義重大，如果成功，中國將成為繼美國和蘇聯之後，首批登陸火星的國家之一。此次任務的背景，是各國心照不宣的全球火星探索競賽：在2020年7月至8月是地球26個月一次的火星發射窗口，阿聯「希望號」火星探測器已經升空，美國將把「毅力號」火星車送上天。

　　中國航天科技集團科技委主任包為民早先為火星探測任務的必要性作了解答，他說：「我們不能永遠躺在地球這個搖籃裡。要走出去，了解火星到底什麼樣，揭開宇宙和太陽系的奧秘。」

　　7月27日，天問一號探測器在飛離地球約120萬公裡處回望地球，利用光學導航敏感器對地球、月球成像，獲取了清晰地月合影。在這幅黑白合影圖像中，地球與月球一大一小，均呈新月狀，在茫茫宇宙中交相輝映。

　　

　　探求科學真理的徵途漫漫，追求科技創新永無止境。小編和同學們一起期待著天問一號更多的「宇宙對話」，我們下期再見。