火星探測(cè)器那么遠(yuǎn)，我們?cè)趺锤ㄓ崳?/h1>
2023-12-18 12:02:42
軍事文摘·科學(xué)少年 2023年11期
為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家和航天工程師們想出了一系列方案，實(shí)現(xiàn)高精度、全天候的地球和火星之間的通訊。
大尺寸的深空通訊天線
人類發(fā)射深空探測(cè)器的難度極大，例如“天問(wèn)一號(hào)”重量在5 噸左右，但它需要重達(dá)870 噸的長(zhǎng)征五號(hào)發(fā)射火箭。它又包括環(huán)繞器、著陸器和巡視器三大部分，攜帶了13 項(xiàng)科研儀器。環(huán)繞器是其中核心，攜帶了能量系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)和通訊系統(tǒng)等重要組成，其中就包括通訊天線。
然而，由于火箭整流罩內(nèi)尺寸、探測(cè)器自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、能量供應(yīng)能力（所有分系統(tǒng)都需要耗電）等限制，天線注定無(wú)法做到很大。為保證“天問(wèn)一號(hào)”的天線能正常工作，就必須要求地面端補(bǔ)償：一方面能盡可能發(fā)射大功率信號(hào)，抵達(dá)為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家和航天工程師們想出了一系列方案，實(shí)現(xiàn)高精度、全天候的地球和火星之間的通訊?！疤靻?wèn)一號(hào)”時(shí)能被天線捕獲；另一方面也能接收到“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射回地球的極其微弱的信號(hào)。
能同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些要求，就必須依靠巨大尺寸的天線，它是深空通訊的核心，尺寸/ 直徑越大往往意味著更大的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度和接收靈敏度。對(duì)于“天問(wèn)一號(hào)”而言，需要數(shù)個(gè)35 ～ 70 米直徑的天線為之服務(wù)。
例如，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)在天津武清站新建的70 米高性能接收天線（GRAS-4），是亞洲最大的單口徑全可動(dòng)天線，主要用來(lái)接收“天問(wèn)一號(hào)”各種科學(xué)載荷數(shù)據(jù)。它的面積接近10 個(gè)籃球場(chǎng)大小，總重超過(guò)2700 噸！
全球無(wú)死角覆蓋深空通訊網(wǎng)絡(luò)
由于地球是球形且在不斷旋轉(zhuǎn)，每個(gè)地面天線能夠覆蓋的天域總是有限的，所以需要在全球范圍內(nèi)部署深空站才能保持全天時(shí)的與深空探測(cè)器通訊。理想情況下，三個(gè)間隔120 度、均勻分布的深空站即可實(shí)現(xiàn)，例如NASA 深空通訊網(wǎng)在金石（美國(guó)）、堪培拉（澳大利亞）和馬德里（西班牙）部署。
中國(guó)的方案是佳木斯（國(guó)土最東部）、喀什（國(guó)土最西部）和薩帕拉（阿根廷西部）部署深空站，足以實(shí)現(xiàn)超過(guò)92% 天域覆蓋的有效通訊，其他站點(diǎn)也可以參與測(cè)控通訊和有效載荷科研數(shù)據(jù)接收等。此外，中國(guó)的深空通訊網(wǎng)也積極參與國(guó)際聯(lián)網(wǎng)，利用龐大網(wǎng)絡(luò)的甚長(zhǎng)基線測(cè)量等方案高精度跟蹤天問(wèn)一號(hào)位置。中國(guó)目前是僅次于美國(guó)和歐洲的第三個(gè)擁有全球布站深空通訊網(wǎng)的國(guó)家。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家和航天工程師們想出了一系列方案，實(shí)現(xiàn)高精度、全天候的地球和火星之間的通訊。
大尺寸的深空通訊天線
人類發(fā)射深空探測(cè)器的難度極大，例如“天問(wèn)一號(hào)”重量在5 噸左右，但它需要重達(dá)870 噸的長(zhǎng)征五號(hào)發(fā)射火箭。它又包括環(huán)繞器、著陸器和巡視器三大部分，攜帶了13 項(xiàng)科研儀器。環(huán)繞器是其中核心，攜帶了能量系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)和通訊系統(tǒng)等重要組成，其中就包括通訊天線。
然而，由于火箭整流罩內(nèi)尺寸、探測(cè)器自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、能量供應(yīng)能力（所有分系統(tǒng)都需要耗電）等限制，天線注定無(wú)法做到很大。為保證“天問(wèn)一號(hào)”的天線能正常工作，就必須要求地面端補(bǔ)償：一方面能盡可能發(fā)射大功率信號(hào)，抵達(dá)為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家和航天工程師們想出了一系列方案，實(shí)現(xiàn)高精度、全天候的地球和火星之間的通訊?！疤靻?wèn)一號(hào)”時(shí)能被天線捕獲；另一方面也能接收到“天問(wèn)一號(hào)”發(fā)射回地球的極其微弱的信號(hào)。
能同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些要求，就必須依靠巨大尺寸的天線，它是深空通訊的核心，尺寸/ 直徑越大往往意味著更大的信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度和接收靈敏度。對(duì)于“天問(wèn)一號(hào)”而言，需要數(shù)個(gè)35 ～ 70 米直徑的天線為之服務(wù)。
例如，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)在天津武清站新建的70 米高性能接收天線（GRAS-4），是亞洲最大的單口徑全可動(dòng)天線，主要用來(lái)接收“天問(wèn)一號(hào)”各種科學(xué)載荷數(shù)據(jù)。它的面積接近10 個(gè)籃球場(chǎng)大小，總重超過(guò)2700 噸！
全球無(wú)死角覆蓋深空通訊網(wǎng)絡(luò)
由于地球是球形且在不斷旋轉(zhuǎn)，每個(gè)地面天線能夠覆蓋的天域總是有限的，所以需要在全球范圍內(nèi)部署深空站才能保持全天時(shí)的與深空探測(cè)器通訊。理想情況下，三個(gè)間隔120 度、均勻分布的深空站即可實(shí)現(xiàn)，例如NASA 深空通訊網(wǎng)在金石（美國(guó)）、堪培拉（澳大利亞）和馬德里（西班牙）部署。
中國(guó)的方案是佳木斯（國(guó)土最東部）、喀什（國(guó)土最西部）和薩帕拉（阿根廷西部）部署深空站，足以實(shí)現(xiàn)超過(guò)92% 天域覆蓋的有效通訊，其他站點(diǎn)也可以參與測(cè)控通訊和有效載荷科研數(shù)據(jù)接收等。此外，中國(guó)的深空通訊網(wǎng)也積極參與國(guó)際聯(lián)網(wǎng)，利用龐大網(wǎng)絡(luò)的甚長(zhǎng)基線測(cè)量等方案高精度跟蹤天問(wèn)一號(hào)位置。中國(guó)目前是僅次于美國(guó)和歐洲的第三個(gè)擁有全球布站深空通訊網(wǎng)的國(guó)家。
