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数个首次!飞向火星的“天问一号”有这几个“神器”……
发布时间:2020-07-26 09:57:38    来源:新华社    责任编辑:刘俊宏

 星,作为全球最热门的行星“旅行地”,全世界都未曾停止过对它的探索,中国也不例外。

  7月23日,我国在文昌发射基地,成功发射“天问一号”火星探测器,开启了中国首个火星探测任务。中国电科总经理、党组副书记、中国工程院院士吴曼青,党组成员、副总经理杨军亲临文昌发射场,检查集团公司参研设备运行情况,看望慰问中国电科现场科技工作人员,指导并见证发射。

  按照计划,“天问一号”大约需要经过7个月左右的飞行时间方可抵达火星,实现火星环绕、着陆和巡视探测。届时,我国将成为世界上首次探索火星就完成软着陆任务的国家。

  作为工程领导小组成员单位、副总指挥单位,中国电科再次发挥自身技术优势,在科学载荷、测控通信等方面的核心作用,全面保障“天问一号”的乘风破浪探索之旅。

  首款环绕器雷达:精准探测的“X眼”

  探测火星表层和次表层结构分层信息,寻找火星地下冰水存在的痕迹与证据,是首次火星探测任务面临的一个巨大挑战。在这个过程中,需要用到火星探测设备。

  中国电科研制的我国首款环绕器雷达作为7个火星环绕器探测设备之一,发挥着至关重要的作用。

  不同于其它探测设备,该款环绕器雷达利用低频段雷达的介质穿透特性,在高速环绕的卫星平台上,向火星发射低频率电磁波,穿透到次表层内部,利用回波特性分析次表层分层结构,并推算其物质组成,相当于为火星探测加装了一双“X眼”,精准探测将不是难题。

  该雷达是中国电科研制而成,对火星次表层土壤的穿透深度可达几百米,对冰层可达几千米。同时,采用星上实时处理技术降低数据量,实现星际超远距离数据传输。

  锂氟化碳电池组首应用:乘风旅行的动力源泉

  火星探测路途遥远,有了可靠稳定的电源产品,才能为火星探测器成功着陆火星表面提供强劲动力。

  为此,中国电科研发了锂氟化碳电池组,这也是锂氟化碳电池在深空探测器上首次应用。

  “着陆过程技术难度最高,电源产品可靠稳定至关重要。”据中国电科技术专家介绍,在环绕器和着陆巡视器分离后,着陆巡视器由进入舱锂氟化碳电池组供电,从探测器抵达火星大气层,进入距离火星指定距离的某个轨道接口点开始,到开伞减速、悬停直至软着陆于火星表面,被称为“恐怖7分钟”,这个阶段风险最大,为确保电池稳定,项目组采用锂氟化碳电池组作为进入舱电源,较之锂离子蓄电池组方案减重了5kg。

  针对探测器在7个月转移时间内的环境温度变化考验,研制团队通过工艺控制,有效减少了电源产品高温下的自放电率,实现了能量在轨长期贮存。

  在即将着陆阶段,中国电科也配备了若干核心器件,为着陆提供动力源。

  某型行星齿轮减速无刷直流电机作为驱动组件的动力源,在空间体积有限的前提下,通过团队的协作努力,解决了一系列技术难题,有效提高了整个火星系统的可靠性。

  轻装上阵,才能飞得更远。

  中国电科为火星探测器配套了若干传感器和核心关键器件,积极开展专项小型化设计和减重设计。

  某传感器在满足结构和力学要求的前提下,突破同类产品减重纪录,为整机减重设计做出了巨大贡献;研制配套的功率模块、低噪声放大器、二极管等多款产品,为深入研究探测火星土壤层、沉积层和冰层等地质结构提供技术保障;配备的系列固放、变频组件,覆盖了环绕器和着陆巡视器的多种器型装备,攻克若干瓶颈,可适应温区范围较大的工作条件和储存条件,满足火星探测组件小型化、高可靠的设计特点。

  系列深空探测设备:破浪路上的“助行器”

  相比登月跨越的38万千米,地球到火星数千万千米的距离,对飞行器的深空探测是一项巨大的考验,这也注定了“天问一号”7个月的旅程,必然是充满挑战。

  深空探测是继卫星应用、载人航天之后又一重大航天技术发展领域,对测控系统提出了更新、更高、更严的要求。

  在首次火星探测任务中,测控系统主要负责完成对探测器各飞行阶段的测定、监视、控制,以及对着陆巡视器在火星表面探测阶段的控制等任务。

  中国电科发挥在历次航天发射中积累的测控通信经验,配备了系列测控设备,为火星探测器在茫茫“星辰大海”中测定轨保驾护航。

  作为佳木斯深空测控站的总体单位,中国电科对测控站进行了研发升级,全力保障火星探测任务的完成。通过66米天线与另外两个测控站协同配合,对探测器飞行轨道进行测量,保证探测器准确进入轨道。此外,通过发送指令,指挥探测器做变轨、打开太阳帆板、转动天线、环绕器与着陆巡视器分离等动作,同时实时监测星上设备工作状态,检查探测器供电、温度、气压等参数。在登上火星后,测控站还将负责完成拍照任务和数据的传输。

  研制的多型测控系统,在探测器发射、火星环绕、着陆和巡视探测各个阶段,执行地面遥控、遥测、高精度的目标导航、数据接收等任务,为首次火星探测任务提供坚实测控和通信技术保障。

  与近地轨道相比,本次任务的最远作用距离达到4亿千米,数据信号较为微弱,且在任务过程中还会面临影响探测精度的光和流层等因素干扰,为全力保障首次火星探测任务,中国电科进行了系列技术升级。

  在接收数据信号方面,中国电科承研了70米天线高性能接收系统,建成后将为亚洲口径最大的全可动天线,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,可实现宇宙深空探测器遥感数据接收和射电天文观测科学研究,将为助力人类探索未知宇宙空间做出巨大贡献。

  作为靶场测量的超级“千里眼”,我国首部雷达探测和遥测一体化测量雷达,在试验任务中陆海协同,承担了外弹道测量任务,其不受运载火箭飞行及箭载设备工作状态的影响,可以客观准确地提供火箭的飞行轨迹数据,实时提供目标方位、俯仰角度信号、距离及速度信息,判断火箭飞行状况。为靶场定轨提供了精密的测量数据,用智慧电眼,照亮运载火星的飞天之路。

  某频段超大功率高功放样机,实现了在深空测控领域该频段超大功率连续波功率稳定输出的能力,可将信号放大到额定功率后由大口径天线发向卫星,实现遥控指令的送达,为后续深空站组网打下坚实的技术基础。

  此外,为克服光行时和流层延迟对深空探测的复杂影响,中国电科针对极其复杂的任务场景,制定详细测量和信号获取方案,为实现任务目标提供完备的测控通信支持。

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