2022年元旦，China航天局發(fā)布華夏首次火星探測任務(wù)天問一號探測器從遙遠(yuǎn)火星傳回得一組精美圖像，向華夏人民報(bào)告天問一號平安，致以節(jié)日問候。
新作品，報(bào)平安
本組圖像包含環(huán)繞器與火星合影、環(huán)繞器局部特寫、火星北極冰蓋、祝融號火星車拍攝火面地貌等內(nèi)容，展示環(huán)繞器、祝融號火星車工作狀態(tài)及獲取得火星表面形態(tài)。
環(huán)繞器與火星合影
圖像中環(huán)繞器正飛過火星北極區(qū)域上空。環(huán)繞器本體呈金色，與地面進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信得定向天線呈銀色，太陽翼和雷達(dá)天線展開狀態(tài)良好。火星上得白色區(qū)域?yàn)楦采w在北極得“冰”原，與地球兩極得冰不同，火星得“冰”由干冰（固態(tài)二氧化碳）和水冰組成。火星下方暗色區(qū)域?yàn)榛鹦菉W林匹亞沙波，左上角亮色得環(huán)形坑名為科羅廖夫坑，其余紅色和暗色區(qū)域?yàn)槁懵兜乇怼?/p>
環(huán)繞器局部特寫
圖像中環(huán)繞器一側(cè)太陽翼完全展開且姿態(tài)穩(wěn)定。一根展開得次表層探測雷達(dá)天線與太陽翼平行，磁強(qiáng)計(jì)伸桿向環(huán)繞器左上方伸出。
火星北極冰蓋
圖像展示了火星北極冰蓋，層理清晰可見。經(jīng)過常年沉積和消融，呈現(xiàn)出以極點(diǎn)為中心得白色冰層和裸露地表組成得環(huán)形螺旋狀地貌。
祝融號火星車拍攝得火面地貌
該圖像由祝融號火星車近期利用導(dǎo)航地形相機(jī)獲取得3幅圖像拼接鑲嵌而成，圖中可以看到環(huán)形坑、石塊等火星典型地貌。
截至2021年12月31日，天問一號任務(wù)環(huán)繞器在軌運(yùn)行526天，當(dāng)前距離地球約3.5億千米，通信時(shí)延約19.5分鐘；火星車在火星表面工作225個(gè)火星日，累計(jì)行駛超過1400米。目前，天問一號任務(wù)正在按計(jì)劃開展探測和相關(guān)測試，共傳回約560GB原始科學(xué)數(shù)據(jù)，兩器狀態(tài)良好，運(yùn)行正常。
“失聯(lián)”一個(gè)月
圓滿通過日凌考驗(yàn)
也許很多人不知道，9月下旬至10月中旬，天問一號處在日凌階段，曾與地面“失聯(lián)”近一個(gè)月。
傳統(tǒng)意義上得日凌，是針對通信衛(wèi)星提出得。每年得春分和秋分時(shí)節(jié)，從地球上看，太陽恰好與通信衛(wèi)星重合。太陽每時(shí)每刻都在發(fā)射大量雜亂無章得無線電信號，在強(qiáng)大得太陽面前，衛(wèi)星信號猶如燭火一般不值一提。這會導(dǎo)致地面接收出現(xiàn)異常，例如我們家庭里得電視會信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)“雪花”屏或藍(lán)屏。
火星距離地球很遠(yuǎn)，兩者距離一直在5500萬至4億千米之間周期性變化。所有得火星探測器都需要采用強(qiáng)大得通信技術(shù)、配置復(fù)雜得通信設(shè)備，例如火星環(huán)繞器就配置了由超高靈敏度深空應(yīng)答機(jī)、2.5m口徑定向天線、復(fù)雜微波網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成得通信系統(tǒng)。然而即使如此，也無法對抗太陽超強(qiáng)得電磁輻射。當(dāng)太陽位于火星與地球之間時(shí)，火星探測器與地球之間得無線電通信將受到干擾而失去聯(lián)系。這就是火星探測中得“日凌”。
根據(jù)天體運(yùn)動規(guī)律，火星、地球每隔26個(gè)月將會分列于太陽兩側(cè)，三個(gè)天體近似連成一線。2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個(gè)時(shí)期，在火星工作得包含美國、歐洲、印度得全部火星探測器在此期間都會與地面失去聯(lián)系，華夏得天問一號火星環(huán)繞器和祝融號火星車也不例外。簡而言之，它放假了！
日凌期間，地面對天問一號得狀態(tài)一無所知，這對天問一號得自主控制能力提出了較高得要求。
火星環(huán)繞器團(tuán)隊(duì)于2021年9月中旬，通過地面指令將環(huán)繞器設(shè)置為自主安全穩(wěn)態(tài)管理模式，即“日凌模式”。在進(jìn)出日凌期間，地面每天接收火星環(huán)繞器狀態(tài)遙測。隨著火星、地球與太陽相對位置得移動，火星環(huán)繞器對地?zé)o線通信經(jīng)歷了受到干擾、出現(xiàn)中斷、逐漸恢復(fù)得過程。2021年10月中旬，器地通信恢復(fù)，任務(wù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過評估，確認(rèn)火星環(huán)繞器狀態(tài)良好，通過地面發(fā)令形式，正式將器上狀態(tài)設(shè)置為“出日凌”。這標(biāo)志著火星環(huán)繞器順利完成了一月有余得全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗(yàn)。
“摸魚”結(jié)束
環(huán)繞器進(jìn)入遙感使命軌道
2021年11月8日，“天問一號”環(huán)繞器成功實(shí)施第五次近火制動，準(zhǔn)確進(jìn)入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。
前期，“祝融號”火星車已在火星表面工作174個(gè)火星日，累計(jì)行駛1253米，圓滿完成既定巡視探測任務(wù)目標(biāo)，各項(xiàng)狀態(tài)良好。綜合考慮環(huán)繞器全球遙感探測和火星車中繼通信需求，工程研制團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了軌道設(shè)計(jì)，確定了近火點(diǎn)約265千米、遠(yuǎn)火點(diǎn)約1.07萬千米、周期約7.08小時(shí)得遙感軌道方案，在保證開展環(huán)繞科學(xué)探測得同時(shí)，為火星車提供更多得中繼通信支持，提升任務(wù)開展得效率。
在遙感軌道，環(huán)繞器中分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)、次表層探測雷達(dá)、礦物光譜分析儀、磁強(qiáng)計(jì)、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7臺科學(xué)載荷，將獲取火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造、表面物質(zhì)成分與土壤類型分布、大氣電離層、火星空間環(huán)境等科學(xué)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)隕石坑、火山、峽谷、干涸河床等典型地貌和地質(zhì)單元，實(shí)施高分辨率探測。
“結(jié)識歐洲小伙伴，還發(fā)了”
在軌中繼通信試驗(yàn)成功
2021年11月，“天問一號”還與歐空局“火星快車”任務(wù)團(tuán)隊(duì)合作，開展了“祝融號”火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗(yàn)，取得圓滿成功。
試驗(yàn)前，雙方向各自探測器上行指令做好試驗(yàn)準(zhǔn)備。在約定時(shí)刻，由“祝融號”向“火星快車”發(fā)送測試數(shù)據(jù)，通信距離約4000千米，通信時(shí)長10分鐘。“火星快車”接收數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給歐空局所屬深空測控站，測控站接收后發(fā)送給歐洲空間操作中心（ESOC），ESOC再轉(zhuǎn)發(fā)至北京航天飛行控制中心，由中方技術(shù)團(tuán)隊(duì)解譯后，判讀數(shù)據(jù)得正確性。試驗(yàn)過程如圖所示。
受重量和體積約束，火星車直接對地通信能力較弱，無法滿足大量數(shù)據(jù)傳輸需求，因此需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離較近得火星軌道器，由通信能力更強(qiáng)得軌道器轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收系統(tǒng)，這個(gè)過程稱作中繼通信。
一般情況下，在建立中繼通信前，軌道器會先向火星車發(fā)送一個(gè)“發(fā)起”信號，隨后火星車回復(fù)“確認(rèn)”信號，然后雙方建立穩(wěn)定得雙向中繼通信鏈路，就像朋友打電話需先撥通電話一樣。由于“火星快車”發(fā)射頻率與“祝融號”接收頻率不匹配，不能通過“撥通電話”得方式建立通信鏈路。“祝融號”發(fā)射頻率與“火星快車”接收頻率匹配，因此雙方需要事先約定好通信時(shí)間，由“祝融號”直接發(fā)送數(shù)據(jù)，“火星快車”進(jìn)行“盲收”，有點(diǎn)類似于得通信方式。
“火星快車”軌道器具備“盲收”功能，但在過去十多年里一直沒有機(jī)會實(shí)際使用該功能。歐空局表示，此次試驗(yàn)是“火星快車”在軌驗(yàn)證“盲收”模式得很好機(jī)會。
根據(jù)數(shù)據(jù)判讀分析結(jié)果，雙方任務(wù)團(tuán)隊(duì)確認(rèn)“祝融號”和“火星快車”配置得中繼通信設(shè)備接口匹配，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容完整正確，試驗(yàn)取得成功。
后續(xù)，雙方將在本階段試驗(yàn)得基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展科學(xué)數(shù)據(jù)中繼通信合作。
雖然我們不常仰望星空
但是偶爾抬頭一看
天問一號和小祝融
總能帶來驚喜呢！
資料：上海新聞廣播
感謝：黃璐潔
