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      《電子技術應用》
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      “天問一號”的地面測控系統

      2020-08-07
      作者:畢曉東
      來源:ChinaAET

              7月23日12時41分,長征五號遙四運載火箭載著我國首次火星探測任務“天問一號”探測器于文昌航天發射場成功發射升空,飛行2 000多秒后,成功將探測器送入預定軌道,開啟了我國的行星探測任務。天問一號的火星探測是我國行星探測任務的第一步,要一次性實現“環繞”“著陸”“巡視探測”三大任務,這在世界航天史上前所未有。

                “天問一號”的火星之旅,凝結著我國航天領域的多項關鍵技術突破,通信測控技術就是其中重要一環。國際上,定義200萬公里以遠為深空。作為太陽系中我們的近鄰,火星距太陽的平均距離為1.524 AU(AU為地球到太陽的平均距離,約149 457 000 km),距地球距離在5 000萬~5億公里之間變化。探測器與地球的可靠通信至關重要,那么“天問一號”如何與地球通信呢?這主要是通過我國的深空測控網系統。

              通常,將地面的多個深空測控站組成的測控網稱為深空網或深空測控網,特指專門用于深空航天器測控和數據傳輸的專用測控網。它配有大口徑拋物面天線、大功率發射機、極高靈敏度接收系統、信號處理中心以及高精度高穩定度時間和頻率系統,能完成200萬公里以遠深空航天器的測控任務。

              在測控領域內,深空測控技術一直處于技術發展的最前沿,牽引著測控通信技術的發展。隨著我國經濟和科技實力的不斷增強,進一步開展深空探測,開展對火星、小行星和其他太陽系內行星的探測,成為我國深空探測的目標。

              目前,世界上的深空測控網主要有美國NASA深空網、ESA深空網和我國的深空網。

              美國NASA深空網由在全球按經度間隔120°分布的三個深空通信綜合設施組成,分別位于美國加州的戈爾德斯通、西班牙的馬德里和澳大利亞的堪培拉。NASA深空網是目前世界上規模最大、能力最強的深空測控系統。

              ESA是世界上第二個建成全球布站深空測控網的航天機構。ESA深空網的建設始于1998年,目前已經建成了全球分布的三個具有35m口徑天線的深空站,分別是澳大利亞新諾舍站、西班牙塞弗雷羅斯站和阿根廷馬拉圭站。  

              我國深空測控網由三個深空測控站和一個深空探測任務中心組成。三個深空測控站有兩個位于國內,選址選擇了東西跨度最大,分別位于喀什和佳木斯。另外一個深空站與阿根廷合作,位于阿根廷的南美站;深空探測任務中心位于北京航天飛行控制中心內。

              為了完成火星探測任務,喀什站新安裝了三座直徑35m測控天線,與原來的一座直徑35 m的測控天線形成測控天線陣列,具備S/X/Ka三頻段測控能力;佳木斯站安裝口徑直徑66 m的測控天線,具備S/X雙頻段測控能力。南美站安裝直徑35 m的測控天線,具備S/X/Ka三頻段測控能力。這三個深空測控站構成的三站聯網的深空探測網,可以實現對深空航天器90%以上的測控通信空域覆蓋,用于支持我國的探月、火星探測和其他深空探測任務。

              深空測控通信系統的主要任務有以下幾點:跟蹤測量導航、任務飛行控制、探測任務操作、數據傳輸通信。


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