握好“风筝线” 铸就“顺风耳”
中国电科54所提升深空测控能力 为“天问一号”保驾护航

技术人员正在某测控站点进行设备检视。中国电科54所 供图

　　长城网讯（记者 李代姣 通讯员 马池）7月23日12时41分，我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场，用长征五号遥四运载火箭将我国首次火星探测任务“天问一号”探测器发射升空，飞行2000多秒后，成功将探测器送入预定轨道，开启火星探测之旅。这是我国第一次向火星发射探测卫星，是我国运载火箭首次执行地球-火星转移轨道发射任务。

　　据悉，火星探测工程是我国继载人航天工程、探月工程之后又一个重大空间探索项目，也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。本次发射，将完成火星环绕、着陆和巡视探测三大任务，获取火星探测科学数据，迈出了我国自主开展行星探测的第一步。

　　而在此次探索太空的旅程中，中国电科54所也贡献着重要的力量。在护航载人航天工程和探月工程之后，该所再次承担技术支持工作，着力提升深空测控能力，编织更加灵敏而密实的深空探测网，为火星探测任务全过程提供坚实的技术保障。

　　握好“风筝线” 护“天问一号”出征远行

　　“我国是全球首个在第一次火星探测中就完成‘绕、落、巡’三项任务的国家，而深空测控系统贯穿三项任务全过程，是我们遥控‘天问一号’的‘风筝线’，也是我们探测火星的‘千里眼’和‘顺风耳’。”据中国电科54所“天问一号”任务测控系统总师耿虎军介绍，在本次火星探测任务中，该所研制的多型测控系统将在探测器发射、火星环绕、着陆和巡视探测各个阶段执行地面遥控、遥测、高精度的目标导航、数据接收等任务，为首次火星探测提供坚实的测控和通信技术保障。

　　那么，这根“风筝线”到底有多重要？

技术人员正在进行设备调试。中国电科54所 供图

　　“火星距离地球非常遥远，传统的GPS和北斗等导航手段对于遥远的探测器来讲已经无法发挥作用，而地面深空站则可以提供精密的测量与导航服务，保障‘天问一号’按照预定的轨迹升空，并帮助其实现环绕火星、着陆及开展巡视探测等一系列活动。能否做到精准的目标导航，是任务成功的重要前提。”耿虎军说。

　　在火星探索任务的全过程中，一个个深空测控站散布在广袤的大地上，织起一张看不见的深空测控网，将命令及时准确地送达远在上亿公里之外的探测器上，远程控制探测器精准执行轨道转换、着巡器与环绕器分离、火星着陆等任务；同时，高性能接收探测器获得的火星图像、火星形态结构等科学数据以及探测器发回地球的遥测信息，全程掌控任务设备状态，并为任务提供数据支持。

　　铸就“顺风耳” 精准接收4亿公里外探测信号

　　当“天问一号”正式着陆，并在火星表面开展巡视探测后，中国电科54所研制的喀什深空测控站将接力执行远程控制任务，在未来三年的任务时段内，持续对“天问一号”系列探测器进行长期管理，提供每天大于12小时高可靠性的遥控、遥测、数据接收和精密导航支持。

　　“中国电科54所作为设备总体单位，主持了喀什4套35米天线组阵系统的研制建设。这套为火星探测任务而研制的系统可以实现对远在4亿公里以外的火星探测器进行极高灵敏度的微弱信号组阵接收。”耿虎军表示，该系统的研制，也为未来我国走向更深远的太空提供了雄厚的测控技术储备。

　　那么，远隔4亿公里，如何才能实现信号传输？

为“天问一号”任务新研制的35米天线。中国电科54所 供图

　　“在广袤的星际空间，探测器距离地球非常遥远，这导致地面站接收到的信号极其微弱。我们通过组阵技术，将4套35米天线进行组阵合成，这样就可以将多个天线接收到的微弱信号汇合起来，能够极大地增强地面系统的接收能力。”耿虎军说。

　　实验数据显示，该天线组阵系统达到了等效口径66米的接收效果，以较小的成本代价和最优的性价比，满足了深空任务的数据接收需求。

　　据了解，该组阵系统建设突破了多项关键技术，采用高性能的实时及事后多天线信号组阵合成算法，通过多天线系统的综合资源调度以及任务管理，实现天线单元间高同步高精度的时频信号分发以及数字化采样，为接收“天问一号”探测器传回的微弱信号提供高质量服务。

　　“旧貌换新颜” 针对火星探测特点进行系统适应性改造

　　如果说，喀什35米多频段深空测控站为任务提供强大的测控硬件保障，那么，对测控系统进行的适应性改造则让已有的测控设备“旧貌换新颜”。

　　“为探月工程研制的喀什35米深空测控系统，在本次任务中的地火轨道转移、行星际巡航以及火星捕获的多个关键测控弧段都发挥着不可替代的关键作用。本次火星探测任务状态复杂，要经历地火转移、绕、落、巡等多个阶段，测控距离遥远，‘天问一号’最远探测距离达4亿公里以上，测控弧段长，接收的信号极其微弱，同时伴随很高的频率动态变化。为更好处理这些复杂的情况，我们对喀什深空测控系统进行了适应性改造。”中国电科54所某测控系统总师闫玉巧告诉记者，“天问一号”火星探测器成功进入地火转移后，喀什深空站将为其提供全程测控支持，针对火星探测的任务特点，技术人员通过大量针对性的改造和测试，大大提升了系统的综合测控能力。

　　而作为地面测控系统的重要组成部分，监控分系统是整个地面探测系统的“大脑”和“指挥中枢”，是关联发射、接收、数据处理等各分系统的纽带。

　　“高效的监视控制功能、友好的人机操作界面、高智能的自动判别自动控制功能，事关整个任务的成败。”该系统的软件负责人及副总设计师朱志青说，54所技术人员针对火星探测任务实施周期长、模式复杂等特点，对系统监控软件进行了相应的适应性改造，增加多场景的任务参数设置，实现了多场景任意设置、多参数优化组合、多模式快速切换，增加相关状态的时间趋势图显示和关键状态变化的声光告警功能，大大提升了监控分系统的效率、稳定性和可靠性，真正实现了系统任务的“有人值守，无人操控”。