5月15日，我國首個火星探測器“天問一號”經(jīng)過漫長的飛行和環(huán)繞旅途后，成功抵達目的地。

著陸巡視器在“落火”過程中如何與地面建立聯(lián)系？地面如何了解著陸過程中的遙測數(shù)據(jù)？航天科技集團五院西安分院（以下簡稱西安分院）為火星探測器研制的測控數(shù)傳分系統(tǒng)搭建了地球與著陸巡視器、環(huán)繞器及“祝融”號火星車之間的信息傳輸鏈路，為我國首次火星探測任務(wù)貢獻重要力量。

圖源：中國航天科技集團五院、八院聯(lián)合制作

著陸數(shù)據(jù)“不掉線”

“天問一號”火星探測器由環(huán)繞器與著陸巡視器構(gòu)成，“祝融”號火星車置于著陸巡視器的進入艙上。

當(dāng)火星探測器進入“落火”階段后，環(huán)繞器會和著陸巡視器分離，由著陸巡視器單獨下落。此時地面要想了解著陸巡視器在下落過程中的遙測數(shù)據(jù)，就需要依靠進入艙與環(huán)繞器間的UHF頻段雙向通信鏈路。

西安分院進入艙UHF頻段收發(fā)信機負(fù)責(zé)人田嘉介紹說：“這一階段的數(shù)據(jù)是‘落火’過程中的關(guān)鍵遙測數(shù)據(jù)，便于地面判斷落火過程中各分系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于‘落火’比‘落月’相對地球的距離更加遙遠，火星表面環(huán)境相對月球表面環(huán)境更加復(fù)雜，難度更大，因此火星探測器在進入、下降、著陸過程中的遙測十分關(guān)鍵?！?/p>

西安分院研制的測控數(shù)傳分系統(tǒng)包括了UHF頻段收發(fā)信機和X頻段深空應(yīng)答機等關(guān)鍵設(shè)備，是“天問一號”火星探測器的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一。

安裝在環(huán)繞器上的X頻段深空應(yīng)答機建立了環(huán)繞器與地面的通信鏈路，安裝在著陸巡視器中進入艙上的UHF頻段收發(fā)信機是建立與環(huán)繞器之間通信的關(guān)鍵，安裝在“祝融”號火星車上的UHF頻段收發(fā)信機和X頻段深空應(yīng)答機等產(chǎn)品建立了與環(huán)繞器的中繼通信及對地通信。

這些通信鏈路共同在地球與火星之間構(gòu)成了一個立體通信網(wǎng)絡(luò)，讓環(huán)繞器在環(huán)繞過程始終與地面保持測控通信，并在著陸巡視器下降著陸過程以及抵達火星表面后與環(huán)繞器開展中繼通信、與地面開展測控通信。

“天問一號”上的測控通信分系統(tǒng)，始終確保地面工作人員全程掌握探測器，還確保協(xié)調(diào)探測器內(nèi)部各構(gòu)成部分執(zhí)行不同任務(wù)的步調(diào)整齊劃一。當(dāng)進入艙將著陸過程中的遙測數(shù)據(jù)發(fā)送給環(huán)繞器后，此時便需要通過環(huán)繞器與地面測控站之間建立的X頻段雙向通信鏈路進行數(shù)據(jù)的回傳。與此同時，地面也通過環(huán)繞器將遙控數(shù)據(jù)發(fā)送至進入艙。

西安分院為“天問一號”火星探測器研制的測控數(shù)傳分系統(tǒng)保障著整個“落火”過程的信息傳輸持續(xù)在線。

測控數(shù)傳分系統(tǒng)需克服多方困難

從開機到任務(wù)完成，火星探測器測控數(shù)傳分系統(tǒng)一直保持工作狀態(tài)，還需根據(jù)飛行距離切換不同模式、實現(xiàn)不同功能，加上考慮太空惡劣的環(huán)境及航天各系統(tǒng)互相配合，使得測控數(shù)傳產(chǎn)品的指標(biāo)極其苛刻，需要克服空間損耗大等困難。

按照總體要求，測控數(shù)傳分系統(tǒng)需要大幅減重，這就需要盡量將火星探測器上的產(chǎn)品小型化、集成化。以往的一個分系統(tǒng)由數(shù)臺單機組成，體積龐大，這對深空探測任務(wù)而言難以實現(xiàn)。

為解決這一難題，西安分院研制團隊將一個功能類似于分系統(tǒng)的UHF頻段收發(fā)信機，壓縮至一臺重量為2公斤左右、體積僅為一個單機大小的產(chǎn)品。這臺單機融合了數(shù)字處理、電源、通道、固放、雙工器和開關(guān)等分機，具有高度集成化和小型化。

在分系統(tǒng)的研制過程中，研制團隊經(jīng)過不斷的溝通討論、仿真論證，單機從無到有，從有到優(yōu)。最終，以相較于典型產(chǎn)品綜合減重60%的成果完成了分系統(tǒng)功能的單機化集成，為整器節(jié)約了寶貴的資源。西安分院為我國首次火星探測研制的進入艙UHF頻段收發(fā)信機、火星車UHF頻段收發(fā)信機具有自主通信、集成化高等特點，功能全、性能優(yōu)、重量小。并且，其中的UHF雙工器具有大功率、高隔離的特性，確保接收端弱信號不受發(fā)射端強信號的影響。

來源：科技日報