我國“天問一號”與歐空局“火星快車”任務(wù)團(tuán)隊11月合作開展了“祝融號”火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗并取得圓滿成功。記者日前獲悉，中國航天科技集團(tuán)有限公司五院西安分院為“祝融號”火星車研制的UHF頻段通信子系統(tǒng)，在這次對接中發(fā)揮了核心作用。
4億公里外的國際范“握手”
10月27日，歐洲航天局空間業(yè)務(wù)中心在社交媒體上宣布，歐空局“火星快車”探測器與中國“祝融號”火星車將在11月進(jìn)行5次通信測試，并向地球傳回數(shù)據(jù)。這是歐空局十年來首次在火星軌道實際測試“火星快車”的數(shù)據(jù)盲接收能力。
“祝融號”是我國第一輛火星車，2021年5月22日安全到達(dá)火星表面，開始巡視探測。此次太空“握手”前，西安分院UHF頻段通信子系統(tǒng)研制團(tuán)隊同總體單位及歐空局“火星快車”研制團(tuán)隊進(jìn)行充分溝通，并多次召開視頻會議進(jìn)行技術(shù)細(xì)節(jié)的討論。
此外，西安分院研制團(tuán)隊還密切配合總體單位編寫了在軌測試大綱和測試細(xì)則，并核實在軌上注指令，確保“祝融號”火星車在通信弧段開始前將各項參數(shù)配置至相應(yīng)狀態(tài)。在約定時刻，由“祝融號”向“火星快車”發(fā)送數(shù)據(jù)，通信距離約4000千米，通信時長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)隊解譯后，判讀數(shù)據(jù)的正確性。
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)送給距離較近的火星軌道器，然后由通信能力更強(qiáng)的軌道器轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收系統(tǒng)，這個過程稱作中繼通信。
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“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)定的雙向中繼通信鏈路，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”的方式建立通信鏈路。不過，“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間，由“祝融號”直接發(fā)送數(shù)據(jù)，“火星快車”進(jìn)行“盲收”，類似于微信的通信方式。
根據(jù)數(shù)據(jù)判讀分析結(jié)果，雙方任務(wù)團(tuán)隊確認(rèn)“祝融號”和“火星快車”配置的中繼通信設(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，試驗取得成功。
UHF頻段通信子系統(tǒng)，集成設(shè)計輕量又智能
西安分院研制的UHF頻段通信子系統(tǒng)由中繼天線、穿艙電纜和收發(fā)信機(jī)組成。“祝融號”火星車與“火星快車”環(huán)繞器作為兩個不同國家的火星探測器，他們發(fā)出的信號是如何進(jìn)行自主通信的呢?
西安分院天問一號測控數(shù)傳分系統(tǒng)副主任設(shè)計師田嘉解答了這一疑惑。原來，這次對接得以成功是依靠兩個探測器均采用國際通用協(xié)議。通過這項協(xié)議可實現(xiàn)在臨近空間范圍內(nèi)的全自主、高可靠、高效率及自適應(yīng)的智能化信息傳輸。
這個協(xié)議看上去或許有些復(fù)雜難懂，其實可以將它理解為可以進(jìn)行國際間通信的通用標(biāo)準(zhǔn)。這就如同中國的5G手機(jī)走到國外依然能接收不同國家的5G信號一樣，“祝融號”火星車發(fā)出的信號“火星快車”環(huán)繞器依舊可以接收使用。
為了完成這一具有高復(fù)雜度的協(xié)議，西安分院UHF頻段通信子系統(tǒng)研制團(tuán)隊不斷地對協(xié)議設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化迭代，依次突破了全自主、高可靠、高吞吐率協(xié)議集成等多項關(guān)鍵技術(shù)，并采用架構(gòu)統(tǒng)型的思想對協(xié)議進(jìn)行了高效的集成。
除此之外，火星探測任務(wù)對輕小型化有著極為嚴(yán)苛的要求。西安分院研制的UHF頻段通信子系統(tǒng)顛覆了傳統(tǒng)的以功能維度為單機(jī)分類的設(shè)計方法，而是基于統(tǒng)一物理架構(gòu)，將電源、數(shù)字處理、收發(fā)通道、頻綜、固態(tài)功率放大器和微波無源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高集成化設(shè)計，并通過多種設(shè)計方法共同實現(xiàn)了系統(tǒng)級與單機(jī)級的極限優(yōu)化。
早在今年6月，西安分院為天問一號火星探測器配套UHF頻段通信子系統(tǒng)，依次將著陸巡視器進(jìn)入、下降和著陸過程中各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、“祝融號”第一幀遙測數(shù)據(jù)、第一幅圖像、第一段視頻及后續(xù)海量探測數(shù)據(jù)回傳至環(huán)繞器，為我國首次火星探測任務(wù)圓滿成功作出了重要貢獻(xiàn)。
本次對接任務(wù)圓滿成功為我國開展火星探測國際合作邁出了第一步。后續(xù)，西安分院UHF頻段通信子系統(tǒng)研制團(tuán)隊將繼續(xù)與總體單位及歐空局密切配合，共享航天技術(shù)，促進(jìn)全球科技的合作與發(fā)展。
責(zé)任編輯：Rex_08
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