编织中国航天测控网(3)

▲ 远望号测量船上的雷达跟踪和遥测系统

从2011年10月起，喀什站和佳木斯站开始为嫦娥二号卫星提供测控支持，尤其是在“嫦娥二号”的“图塔蒂斯”小行星再拓展任务中大显身手，实现最远跟踪距离至约1亿公里。

2013年12月，嫦娥三号探测器发射升空并成功着陆于月球虹湾，开辟我国月球“巡天、观地、测月”的历史。这一过程中，喀什站和佳木斯站的深空探测设备首次利用X频段完成了探测器地月转移、环月、动力下降、月面工作段的各项测控任务，测量数据精度相比S频段提高3－5倍。

月球背面一直是地面通信和测控的禁区，因为它始终背朝地球，信号无法传递过去。2017年年底，阿根廷35米深空站建成，标志我国深空探测网全面建成。随后，2018年鹊桥中继星跨越40万公里，进入绕地月L2点的Halo轨道，搭起地面与月球背面通信的桥梁，为嫦娥四号任务奠定基础。

▲ 喀什测控站

2019年1月，嫦娥四号探测器成功着陆于月球背面的预选着陆区——冯·卡门撞击坑，喀什测控站通过鹊桥中继星，绕过月球正面，控制“嫦娥四号”精准降落在月球背面指定位置，并开展巡视勘察，确保“嫦娥”不失联。玉兔二号巡视器踏上月球表面，着陆器拍下了“玉兔二号”在月背的第一道痕迹影像图，并把世界第一张近距离月背图传回地面。嫦娥四号探测器实现人类首次在月球背面软着陆和巡视探测，也是我国深空测控网首次全网执行测控任务。

截至今年8月，“嫦娥四号”已在月背度过了超过600个地球日，在地面团队的指挥操作下持续开展低频射电天文观测、月壳分层结构探测、月表环境探测等活动，不断丰富人类对月球的认识，取得更多的科学成就。而这背后是我国深空测控网的全网协同工作、稳定可靠运行和多频段多目标联合测控能力在支撑。

▲ 佳木斯测控站

探火任务测控：四亿公里外的牵挂

在着陆区附近开展巡视探测，同时环绕器开展为期2年的中继和遥感探测。

相比登月需要跨越的40万公里路程，地球到火星的距离在5000万公里到4亿公里不等。除了几百倍的深远距离，本次火星探测任务要经历地火转移、绕、落、巡等多个阶段，测控距离遥远，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，给深空测控带来更新、更高、更严的挑战。

作为此次深空探测任务实施的核心系统，深空测控网要完成对探测器各飞行阶段的测控定轨、状态监视、飞行控制，对着陆巡视器在火星表面探测阶段的操作控制等任务，迫切需要能力再升级，为火星探测器在茫茫“星辰大海”中测控通信保驾护航。

如何精准接收4亿公里之外的信号？由于发射信号的衰减与距离的平方成正比，相同发射功率的信号到达地球将非常微弱，而增大地面接收天线的口径，即接收面积，是提高信号信噪比的基本途径。除了已建成的三大深空测控站，正在天津武清建设的70米天线（GRAS-4）高性能接收系统和深空探测天线阵成为新一代杀手锏。

▲ 阿根廷深空站

此次新建的GRAS-4天线，采用了多种新型技术，在提高天线效率的同时减少了系统噪声，提高了抗干扰能力，具备稳定接收微弱人造数据信号和感知极微弱宇宙自然天体辐射电磁波等功能。GRAS-4天线总重约2700吨，主反射面直径70米，由16圈共1328块高精度的实面板组成，面积相当于9个篮球场大小，建成后将成为亚洲最大的单口径全可动天线，大幅度提高深空探测下行数据的接收能力，为完成我国首次火星探测工程任务奠定坚实基础。

在这次火星探测任务中，我国的数据接收模式将由单天线接收，改为多天线组阵模式——即GRAS-4天线将与北京密云站GRAS-1（50米口径）、GRAS-3（40米口径）和云南昆明站GRAS-2（40米口径）等天线联合观测，以达到最大的接收性能指标，从而提高星地链路传输码速率，为我国获得更多的科学数据和更有显示度的科学成果提供坚实基础。

▲ 建设中的武清70米口径数据接收天线

除了新建70米天线，我国已建成的喀什站的测控设备也进行了适应性改造，为任务提供强大的测控保障。喀什在原有35米天线基础上，新建3个35米口径新天线，通过天线组阵接收技术，将多个天线接收到的微弱信号汇合起来，极大增强地面系统的接收能力，为地面与星际探测器之间建立高质量、高可靠的射频信道，使喀什深空站在X频段深空任务测控通信数据接收能力达到与佳木斯深空站66米深空测控设备相当的水平，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。这是我国首座35米深空探测天线阵，也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。

文章来源：《佳木斯大学学报》 网址: http://www.jmsdxxb.cn/qikandaodu/2021/0315/505.html