深空测控系统:捕捉太空的声音

来源:人民网-人民视频

2022-10-01 17:35

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目尽星河远,连通天地间。

在中国东北、西部边陲的土地上,在南美巴塔哥尼亚高原上,一面面巨大的深空天线正向着浩瀚无垠的宇宙、向着遥远未知的火星接力工作,日夜探索……

2012年6月,神舟九号成功返回地面,中国航天史上首次载人交会对接任务顺利完成;2020年5月,嫦娥五号怀揣取自月球的土壤成功返回;2022年7月,问天实验舱与天和核心舱组合体在轨完成交会对接,中国空间站在轨建造进入冲刺阶段……

从手动完成对接到自主快速交会对接,从载人飞行到空间站飞行,从“嫦娥”奔月到火星探秘,中国航天事业不断刷新纪录、缔造“航天强国梦”的背后,离不开由中国电科测控通信系统提供的强大技术支撑。

遥望星河,心系苍穹。正是这些太空“守望者”,让中国人探索太空的脚步迈得更大、更远,不断为中国航天事业书写新辉煌。

深空测控“天罗地网”护“天问一号”平安

2021年5月,我国火星探测器“天问一号”成功着陆,时至今日,它仍在火星为我们探索着星际奥秘。“天问一号”距离地球最远时可超过4亿公里,也是目前我国深空测控系统已达到的最远距离。在如此遥远的深空还能与地球上的我们传递信息,靠的就是散布在广袤大地上的深空测控天线系统。

从搭乘火箭上天到着陆火星,漫长旅途中“天问一号”并不孤独。

地球一直在自转,要想一直盯紧高速飞行的“天问一号”,需要在全球布下多个深空站。如果说把“天问一号”比作风筝,那深空测控系统就是人手中牵动的那根“风筝线”,而测控人就被称作“牧星人”。

为尽可能多覆盖测控范围,中国电科首席专家柴霖介绍说:“我们利用国土东西纵深,建立了全亚洲最大的佳木斯66米深空站,喀什35米天线组阵系统,以及我国首个海外深空测控站阿根廷35米深空站。”三大“站将”实时“保驾护航”,无死角捕获飞行器的位置和状态,测控覆盖率高达90%以上。

2021年2月,深空测控站接收到“天问一号”火星探测器传回地面的首幅图像。图像里,火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原、斯基亚帕雷利坑,以及最长的峡谷—水手谷等标志性地貌清晰可见。

声像传输只是“开胃菜”,各个深空测控站组成一张看不见的深空测控网,确保“天问一号”的位置、速度和状态正常,将一条条命令及时准确地送达上亿公里之外的探测器上,精准执行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。

在这样的“通力合作”下,上亿公里之外的探测器才能准确完成各项指令,深空测控系统为“天问一号”任务的圆满完成提供了坚实的测控保障。

佳木斯66米深空测控站

深空天线组阵系统:倾听4亿公里外的“声音”

我国迈向深空的脚步越走越远,仅靠单个大口径测控天线已经不能满足深空测控任务对测控和数据传输的需求。

星际空间广袤无垠,从月球的38万公里到火星的4亿公里,信号衰减约100万倍,能够接收到的信号微乎其微。克服远距离障碍,从嘈杂噪声中提取极其微弱的有用信号,建立与探测器的电波联系,是科研工作者必须攻克的难题。

“通过缜密论证,我们决定采用多个地面天线联合工作的方案,通过信号处理,使它们形成一个整体,从而形成具有更优异性能的天线组阵系统。”中国电科首席专家耿虎军说。

千锤百炼方能成钢,风雨过后是彩虹和胜利。经过多年攻关,中国电科制出4×35米天线组阵深空测控系统并投入使用,将这个艰巨的任务变成了现实。以单天线作用距离4亿公里计算,合成后的系统作用距离超过8亿公里,且性能不会下降,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。

喀什35米天线组阵系统

从太空走向深空,中国探测高度不断刷新

沿着距离轴丈量我国深空测控网的作用距离,月球探测38万公里,图塔蒂斯小行星光学成像700万公里,火星探测4亿公里,但深空探测不止于火星。载人登月、月球科研站、木星以及远天体的探测……我国测控通信技术走向更远的深空,也走向了全面发展的新阶段,促使着中国人迈向“星辰大海”的脚步不断延伸。

从第一代测控体制到如今的第三代“综合化测控体制”,从软件到硬件,从基础元器件到整机、系统的100%国产化自主可控,从“人工操作”到“自动运行”。让“玉兔”在月球背面通过“鹊桥”与地面测控站互致问候,让“天问一号”探测器环绕火星,让“祝融号”在火星表面款款而行。

在每一次的航天发射任务中,中国电科积极发挥测控通信系统主体研制单位作用,在陆、海、天全方位系统布局地面雷达、地面测控站、海上测量船及中继卫星系统,用无形电波张开了一张100%全覆盖的测控通信“天罗地网”。

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来,成功来自于一代又一代“牧星人”几十年的刻苦攻关。执行航天任务时,技术专家们分赴海内外,在测控站外场长时间驻守,对设备进行维护、升级,不分昼夜,经受戈壁、海浪、异国等种种考验。测控人勇担使命,将为国奉献的无私精神内化于心,交出了一份沉甸甸的“成绩单”。

我国首个海外深空测控站阿根廷35米深空测控站

中国深度,央企构造。面向未来,中国电科在地月光通信、上行天线组阵、下行天线组阵等尖端技术领域持续深耕,继续深入探讨着如何对深空大天线与光通信链路进行融合设计、如何更加高效地汇聚大口径的天线资源,共同接收来自遥远深空的信号……

星空浩渺无垠,探索永无止境。中国电科见证了我国从航天大国不断向航天强国迈进,书写着中国航天的华丽新篇章。

责任编辑:黄涛
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