科学|实锤！54所着力提升深空测控能力，为我国首次火星探测任务保驾护航
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7月23日12时41分 ， 长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射场将火星探测器“天问一号”成功送往太空 ， 踏上国人满载期望的火星探测之旅 。 54所着力提升深空测控能力 ， “编织”更加灵敏而密实的深空探测网 ， 为火星探测任务全过程提供坚实的技术保障 。
据悉 ， 这是我国第一次向火星发射探测卫星 ， 也是长征五号系列运载火箭首次应用性发射 ， 是我国运载火箭首次执行地球-火星转移轨道发射任务 。
火星探测工程是我国继载人航天工程、探月工程之后又一个重大空间探索项目 ， 也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动 。 本次发射 ， 将实现火星环绕、着陆和巡视探测三大任务 ， 获取火星探测科学数据 ， 正式迈出我国行星探测的第一步 。
【科学|实锤！54所着力提升深空测控能力，为我国首次火星探测任务保驾护航】54所技术人员积几十年之功 ， 在护航载人航天工程和探月工程之后 ， 再次技术担当 ， 为我国火星探测任务继续贡献自己的力量！为你指路 ， 护你出征：控好“天问”风筝线
我国是全球首个在第一次火星探测中就完成“绕、落、巡”三项任务的国家 。 “天问一号”任务重大并被给予了深切的厚望 。 深空测控系统贯穿三项任务全过程 ， 是我们控“天问”的风筝线 ， 也是我们看火星的千里眼和顺风耳 。 54所“天问一号”任务测控系统总师耿虎军介绍 ， 在本次火星探测任务中 ， “我们研制的多型测控系统 ， 在探测器发射、火星环绕、着陆和巡视探测各个阶段 ， 执行地面遥控、遥测、高精度的目标导航、数据接收等任务 ， 为首次火星探测提供坚实测控和通信技术保障 。 ”
“火星距地遥远 ， 传统的GPS和北斗等导航手段对于遥远的探测器来讲已经无能为力 ， 而地面深空站可以为她提供精密的测量与导航服务 ， 保障天问一号按照预定的轨迹升空 ， 并实现其环绕火星、着陆及开展巡视探测等一系列活动 。 能否做到精准的目标导航 ， 是任务成功的重要前提 。 ”耿虎军说 。
在任务的全过程中 ， 散步在广袤大地上的一个个深空测控站 ， 通过这张看不见的“深空测控网” ， 将一条条命令及时准确地送达远在上亿公里之外的探测器上 ， 精准执行轨道转换、着巡器与环绕器分离、火星着陆等任务所需的远程控制；高性能接收探测器获得的火星图像、火星形态结构等科学数据 ， 同时接收探测器发回地球的遥测信息 ， 全程掌控任务设备状态 ， 并为任务提供数据支持 。
当天问一号正式着陆 ， 并在火星表面开展巡视探测后 ， 54所研制的喀什深空测控站将在未来三年的任务时段内 ， 持续对“天问一号”系列探测器进行长期管理 ， 为任务提供每天大于12小时的高可靠的遥控、遥测、数据接收和精密导航支持 。 提升测控能力：为天问一号新研制深空天线组阵系统
54所作为设备总体单位 ， 主持了喀什4套35米天线组阵系统的研制建设 。 “这套系统 ， 为火星探测任务而研制 ， 它可以实现对远在4亿公里以外的火星探测器进行极高灵敏度的微弱信号组阵接收 。 ”耿虎军指出 ， 它的研制 ， 为未来我国走向更深远的太空提供了雄厚的测控技术储备 。
在广袤的星际空间 ， 探测器距离地球会非常遥远 ， 这导致地面站接收到的信号极其微弱 。 54所通过组阵技术 ， 将4套35米天线进行组阵合成 ， 可以将多个天线接收到的微弱信号汇合起来 ， 能够极大地增强地面系统的接收能力 。 据悉 ， 这套系统 ， 达到了等效口径66米的接收效果 ， “以较小的成本代价和最优的性价比 ， 满足了深空任务的数据接收需求 。 ”
54所技术人员精益求精 ， 通过扩展组阵系统中的天线单元数量 ， 用最简易的方法 ， 实现了系统整体性能提升 。 该组阵系统建设突破了不少关键技术 ， 采用高性能的实时及事后多天线信号组阵合成算法 ， 通过多天线系统的综合资源调度以及任务管理 ， 实现天线单元间高同步高精度的时频信号分发以及数字化采样 ， 从而为接收“天问一号”探测器传回的微弱信号提供高质量服务 。 适应性改造：让已有测控设备“旧貌换新颜”
在“天问一号”火星探测任务中 ， 我国第一代深空测控网的喀什35米多频段深空测控站作为主干力量 ， 为任务提供强大的测控保障 。
54所作为设备总体单位 ， 为探月工程研制的喀什35米深空测控系统 ， 在本次任务中的地火轨道转移、行星际巡航以及火星捕获的多个关键测控弧段 ， 继续发挥着不可替代的关键作用 。 “本次火星探测任务状态复杂 ， 要经历地火转移、绕、落、巡等多个阶段 ， 测控距离遥远 ， 天问一号最远探测距离达4亿公里以上 ， 测控弧段长 ， 接收的信号极其微弱 ， 同时伴随很高的频率动态变化 ， 为满足这些需要 ， 我们对喀什深空测控系统进行了适应性改造 。 ”54所某测控系统总师闫玉巧指出 。
“天问一号”火星探测器成功进入地火转移后 ， 喀什深空站将为其提供全程测控支持 ， 近七个月的地火转移时间 ， 对深空测控系统是前所未有的考验 。 针对火星探测的任务特点 ， 54所技术人员刻苦攻关 ， 通过艰苦的改造工作和大量针对性测试工作 ， 大大提升了系统精细的频率步进等能力 。
作为地面测控系统的重要组成部分 ， 监控分系统是整个地面探测系统的“大脑”和“指挥中枢” ， 是关联发射、接收、数据处理等各分系统的纽带 。 “高效的监视控制功能、友好的人界操作界面、高智能的自动判别自动控制功能 ， 事关整个任务的成败 。 ”该系统的软件负责人及副总设计师朱志青说 ， 54所技术人员针对火星探测任务实施周期长、模式复杂等特点 ， 对系统监控软件进行了相应的适应性改造 ， 增加多场景的任务参数设置 ， 实现了多场景任意设置、多参数优化组合、多模式快速切换 ， 增加相关状态的时间趋势图显示和关键状态变化的声光告警功能 ， 大大提升了监控分系统的效率、稳定性和可靠性 ， 真正实现了系统任务的“有人值守 ， 无人操控” 。
这些改造 ， 使系统完全满足了天问一号任务的各项需求 。
为保证火星探测任务顺利进行 ， 54所派出精干技术人员 ， 前往多地进行技术保障 。 更多的技术人员在家里 ， 密切关注任务进展情况 ， 准备随时为前方提供技术支援 。
燕赵晚报讯（融媒体采访人员 冯月静 通讯员 庄芳）
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