火星探測器「天問一號」----中無通訊 第97期

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                     本文原刊於 中無通訊 第97期 （2021年10月版）。

       要飛往火星，為了盡量節省能量，我們要等待地球與火星公轉到特定的相對位置時才發射火星探測器。根據公轉週期計算，地球與火星的交會週期為每隔26個月才會出现一次“發射窗口”(每次窗口約持續20天)，這個最近點距離也接近6000萬公里，而最遠點約4億公里。因此，2020年計劃中的火星探測任務中，除了我國的天問一號火星探測器，還有美國的“毅力”号火星車，以及當地時間2021年2月9日宣布成功進入火星軌道的阿聯酋“希望”號火星探測器。

       我國火星探測器 天問一號於2020年7月23日在文昌航天發射場由長征五號遙四運載火箭發射升空，成功進入預定軌道。飛行六個多月之後 ，於2021年2月到達火星附近，並成功”剎車”進入環繞火星軌道。2021年5月擇機實施降軌，在約３小時內，環繞器需要變軌到危險的撞擊火星軌道，建立并保持着陸器進入火星大氣所需要的姿態（誤差少於0.01度）。在預定時刻，環繞器與着陸器必須完成分離，經過安全距離飄飛過程後，環繞器迅速完成推力加速，以返回安全的環繞火星軌道，並作為著陸器和地球的中繼通訊器。

      着陸器與環繞器分離後，軟着陸火星表面，並釋放“祝融“號火星車，據8月23日報導：祝融號已運行約九十多日，累計行駛超過1000米，導航地形相機拍攝了火星形貌特徵與地質結構以作研究。另外表次層探測雷達成功獲取地表以下分層結構數據，用於淺表層結構分析，探尋可能存在的地下水和冰。

      每一段回傳訊號經在火星軌道上運行的環繞器作中繼，傳抵地球約需時14分鐘。


國家航天局指，以上的飛行圖像是由天問一號所攜帶的分離測量傳感器所拍攝，其安裝於天問一號的外側壁。在地面控制下，傳感器與天問一號分離，並利用自身兩側安裝的兩個廣角鏡頭，每秒拍攝一張圖像，傳感器會通過WiFi通訊方式，將圖像傳送回天問一號，再轉發給地球。

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天問一號 組裝、調試中。

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進入環繞火星軌道，擇機降落。


著陸器脫離環繞器。


打開降落傘，開啟動力減速，實行軟著陸。


「落火」簡易流程圖。

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降落在火星的 天問一號著陸器，搭載的祝融號火車將經金屬架駛落地面, 並展開太陽能發電板。





祝融號火星車駛離著陸器。

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       中國自主研製的70米口徑全可動天線，是目前亞洲最大的單口徑天線，可以360° 旋轉，俯仰角度可達0°-90°，能精準定位到火星，據介紹，天線的雙曲面反射面板面積達到了4560平方米，相當於10個籃球場大小。天線高度為72米，重量為2700噸。由於火星探測任務距離達4億公里，現有天線無法滿足訊號接收需求，70米口徑天線就是專門為火星任務，負責接收「天問一號」火星探測器回傳數據。
    「天問一號」至今總飛行里程已超過4.5億公里，距地球約1.7億公里


       由於僅靠單個大口徑測控天線已經不能滿足中國深空測控和數據傳輸的需求，為提高地面系統對深空探測器下行數據的接收能力，西安衛星測控中心 喀什深空站新建3座35米口徑天線，與該站原有的1座35米天線組成深空天線組陣系統。該系統達到等效66米口徑天線的數據接收能力，探測距離和接收靈敏度較現有設備將得到大幅提升，為中國執行各類深空探測任務提供有力測控支持。
       西安衛星測控中心喀什測控站站長李四虎受訪時說，該系統不僅可以實現對單個深空探測器的高精度跟蹤測控，每台天線也可單獨工作，實現對多個深空目標的同時跟蹤。
       西安衛星測控中心喀什深空站工程師楊龍介紹說，「作為中國深空測控網的重要組成部分，我們完成了『嫦娥三號』、『鵲橋中繼星』、『嫦娥四號』等為代表的深空測控任務。在『天問一號』全任務階段中，我們與黑龍江的佳木斯、阿根廷深空站接力攜手，持續接收、探測器遙測數據，並實施測軌和上行遙控以及干涉測量原始數據的採集記錄與傳輸等任務，為『天問一號』探火之旅保駕護航。」