“四川智造”如何保驾天问二号:精测妙控护航探星之旅

5月29日,天问二号探测器在西昌卫星发射中心成功发射。此次任务将通过一次发射,实施近地小行星2016HO3伴飞、取样、返回以及主带彗星311P伴飞探测等多项任务。

小行星2016HO3是人类发现的第一颗地球准卫星,它不是地球的天然卫星,也不属于典型的近地小行星,而是一颗轨道参数与地球几乎相同的绕太阳公转的小行星。

天问二号的“探星”之旅充满挑战。在伴飞、着陆、返回等过程中,“四川智造”将为其保驾护航,确保信息高效接收。专家介绍,本次任务最大的特点是执行双任务,且将持续到2034年,是中国航天史上任务周期最长的一次任务。

具体来说,任务涉及火箭发射、探测器入轨、轨道转移、探测器着陆、探测器采样和返回等环节,由运载火箭、发射场、探测器、测控通信和地面应用等多个分系统保障执行。其中,中国电子科技集团公司第十研究所深度参与,负责佳木斯66米深空站的研制建设。

在火箭发射阶段,需要地面对探测器持续接力跟踪,监测探测器入轨姿态是否正常。从这个阶段开始,十所研制的测控系统便参与到任务中来。探测器入轨后,外形酷似一口“大锅”的佳木斯66米深空站作为主力测控站点,在其他陆海测控站的配合下,发挥着超强“听诊器”和“遥控器”的作用,为天问二号着陆小行星提前注入指令数据,进行轨道和导航控制。

上行通信时,深空站向探测器发送遥控指令,让其完成调整姿态、轨道修正、点火制动等动作;下行通信时,进行遥测数据传输,包括探测器平台健康数据、载荷数据、相机和红外设备数据,并完成双向测量,包括对探测器径向速度和距离的测量。

为了提高通信性能,中国电科十所团队从多方面努力。首先是高增益天线,通过增大天线口径来提升信号接收增益,同时保证天线的高精度指向。其次在接收链路设计中,要尽可能降低噪声,提升信噪比。为此,采用了超低温冷却的放大器。此外,还要对信号进行稳定可靠地跟踪解调,利用极窄带宽高阶锁相环技术和高编码增益信道编译码技术,提升低信噪比下的解调性能。

相比天问一号伴飞火星4个月,天问二号将伴飞小行星2016HO3一年。这颗小行星是国际公认的具有独特性的小行星,因此需要探测器更长时间的伴飞,持续传回高分辨率图像。然而,更长的伴飞时间带来更大的挑战,考验测控设备的稳定性。任务操作复杂度也更大,包括降落、取样、返回等环节,对地面通信系统要求更高。

当天问二号运行至2034年时,距离地球很远,信号很弱,数据传输速率远低于天问一号任务中探测器着陆火星后的直接对地通信数据速率。此外,此次任务还将采用不同于以往任务的测距体制,适用于深空远距离测控场景,能充分利用信号功率,从而降低距离捕获时间。

去年9月到11月,中国电科十所团队配合测控通信系统,与探测器之间进行了星地正样对接试验,确认地面测控通信系统与探测器之间的信号接口是否匹配,确保正式任务顺利执行。就在任务正式开始之前,团队协同地面测控通信系统,有条不紊地持续检查探测器状态,做好处理预案等准备工作。

满载期待,天问二号一头扎进星辰大海。展望未来,中国的探月与深空探测任务也将进入高速发展阶段——预计将在2026年发射嫦娥七号探测器,为建立月球科研站基本型奠定基础;2028年左右发射“天问三号”,实施火星采样返回任务;还计划在2030年前后实施载人登月计划。随着月球与深空探测相关项目加快推进,还会有一系列技术和挑战需要突破,尽管面临着很大的压力,也要全力奋战保证任务万无一失。

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