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中国火星探测70米天线整体吊装成功 将成亚洲最大

记者26日从中国科学院国家天文台了解到,为实现我国首次火星探测工程来自4亿公里距离之遥的微弱信号的数据接收,中国科学院国家天文台在天津武清站新建了70米天线(GRAS-4)高性能接收系统。

4月25日,70米天线在天津武清成功进行了反射体的整体吊装。该项目建成后将成为亚洲最大的单口径全可动天线,是完成火星探测器科学数据接收任务的关键设备。预计到2020年10月,70米大天线能完全具备火星探测的数据接收能力。

GRAS-4天线为轮轨式全可动卡塞格伦天线,工作频段为S、X和Ku。该天线采用了主副反射面修正赋型技术和多频段组合设计技术,在提高天线效率的同时降低了旁瓣电平,减少了系统噪声,提高了抗干扰能力。GRAS-4天线于2018年10月开工建设,计划于2020年竣工验收。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。

与探月任务不同的是,在首次火星探测任务中,数据接收模式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)和GRAS-3(40米口径)、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。

在刚刚过去的第五个“中国航天日”(4月24日)上,备受关注的中国行星探测任务被命名为“天问(Tianwen)系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”。

根据计划,2020年我国将实施首次火星探测任务,目标是通过一次发射任务,实现火星环绕和着陆巡视,开展火星全球性和综合性探测,并对火星表面重点地区进行巡视勘查。

图1 GRAS-4天线安装现状

图2 GRAS-4天线建成后的效果图

图3 GRAS-4天线与火星探测器数传通信示意图

火星探测数据的接收和此前探月数据的接收相比,难在哪?为什么要建这个70米的大天线?

李春来,中科院国家天文台副台长,中国首次火星探测工程副总设计师兼地面应用系统总指挥,26日告诉《环球时报》:“月球与地球的距离约为36~40万千米,而火星距离地球为5600万~4亿千米,地火最远距离约为地月距离的1000倍。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,也就是接收面积,是提高信号信噪比的基本途径。”

“火星探测对数据接收任务来说是一项严峻的挑战,从火星来的信号衰减非常厉害,信号非常弱,没有这个大口径的天线,就不能完成数据接收的任务。我们在最远的时候,很可能还得加上密云的50米天线和40米天线,以及昆明的40米天线,四个天线同时接收数据,然后进行信号合成,才能完成火星探测数据的接收任务。”

李台长还向我们介绍道:“整体吊装完成意味着天线主题结构的基本完成。但吊装完成后还有大量的工作需要做,后续将进一步完成外围6圈剩余面板的铺设,以及伺服系统、馈源网络和制冷接收机等设备的安装;还要进行一定时间的系统调试、校准和试运行,才能具备执行任务的能力。预计到2020年10月,70米大天线能完全具备火星探测的数据接收能力。”

对于很多读者好奇的问题—70米大天线除能接收火星探测的数据外,是否还能接收其他行星或其他深空探测的数据?对未来我国深空探测有怎样的意义?

李春来回答道,可以,天线是通用设备,一个70米天线相当于3个40米天线,但如果频段或数据模式不同,则需要安装相应频段的接收机和解调设备。

李春来同时强调:“70米天线建成后,将成为亚洲最大的单口径全可动天线,能够大幅度提高我国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以及后续的小行星、彗星等深空探测提供坚实基础。”

来源:《环球时报》