作者:付毅飞 操秀英 来源:科技日报 发布时间:2021/5/15 18:46:55
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“天问一号”如何与地面联系?靠立体通信网

 

5月15日,我国首个火星探测器“天问一号”经过漫长的飞行和环绕旅途后,成功抵达目的地。 

着陆巡视器在“落火”过程中如何与地面建立联系?地面如何了解着陆过程中的遥测数据?航天科技集团五院西安分院(以下简称西安分院)为火星探测器研制的测控数传分系统搭建了地球与着陆巡视器、环绕器及“祝融”号火星车之间的信息传输链路,为我国首次火星探测任务贡献重要力量。 

着陆数据“不掉线” 

“天问一号”火星探测器由环绕器与着陆巡视器构成,“祝融”号火星车置于着陆巡视器的进入舱上。当火星探测器进入“落火”阶段后,环绕器会和着陆巡视器分离,由着陆巡视器单独下落。此时地面要想了解着陆巡视器在下落过程中的遥测数据,就需要依靠进入舱与环绕器间的UHF频段双向通信链路。 西安分院进入舱UHF频段收发信机负责人田嘉介绍说:“这一阶段的数据是‘落火’过程中的关键遥测数据,便于地面判断落火过程中各分系统的工作状态。由于‘落火’比‘落月’相对地球的距离更加遥远,火星表面环境相对月球表面环境更加复杂,难度更大,因此火星探测器在进入、下降、着陆过程中的遥测十分关键。” 西安分院研制的测控数传分系统包括了UHF频段收发信机和X频段深空应答机等关键设备,是“天问一号”火星探测器的关键分系统之一。安装在环绕器上的X频段深空应答机建立了环绕器与地面的通信链路,安装在着陆巡视器中进入舱上的UHF频段收发信机是建立与环绕器之间通信的关键,安装在“祝融”号火星车上的UHF频段收发信机和X频段深空应答机等产品建立了与环绕器的中继通信及对地通信。这些通信链路共同在地球与火星之间构成了一个立体通信网络,让环绕器在环绕过程始终与地面保持测控通信,并在着陆巡视器下降着陆过程以及抵达火星表面后与环绕器开展中继通信、与地面开展测控通信。“天问一号”上的测控通信分系统,始终确保地面工作人员全程掌握探测器,还确保协调探测器内部各构成部分执行不同任务的步调整齐划一。 当进入舱将着陆过程中的遥测数据发送给环绕器后,此时便需要通过环绕器与地面测控站之间建立的X频段双向通信链路进行数据的回传。与此同时,地面也通过环绕器将遥控数据发送至进入舱。西安分院为“天问一号”火星探测器研制的测控数传分系统保障着整个“落火”过程的信息传输持续在线。

测控数传分系统需克服多方困难

从开机到任务完成,火星探测器测控数传分系统一直保持工作状态,还需根据飞行距离切换不同模式、实现不同功能,加上考虑太空恶劣的环境及航天各系统互相配合,使得测控数传产品的指标极其苛刻,需要克服空间损耗大等困难。

按照总体要求,测控数传分系统需要大幅减重,这就需要尽量将火星探测器上的产品小型化、集成化。以往的一个分系统由数台单机组成,体积庞大,这对深空探测任务而言难以实现。为解决这一难题,西安分院研制团队将一个功能类似于分系统的UHF频段收发信机,压缩至一台重量为2公斤左右、体积仅为一个单机大小的产品。这台单机融合了数字处理、电源、通道、固放、双工器和开关等分机,具有高度集成化和小型化。在分系统的研制过程中,研制团队经过不断的沟通讨论、仿真论证,单机从无到有,从有到优。最终,以相较于典型产品综合减重60%的成果完成了分系统功能的单机化集成,为整器节约了宝贵的资源。西安分院为我国首次火星探测研制的进入舱UHF频段收发信机、火星车UHF频段收发信机具有自主通信、集成化高等特点,功能全、性能优、重量小。并且,其中的UHF双工器具有大功率、高隔离的特性,确保接收端弱信号不受发射端强信号的影响。

 
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