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专门“接听”4亿公里外火星信号!亚洲最大单口径天线完成验收

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发表于 2021-2-4 03:20:32 | 显示全部楼层 |阅读模式


作为我国首次火星探测任务的一个关键设备,随着火星探测器逐渐飞抵环绕火星轨道,我国自主研制的 70 米口径全可动天线,也是亚洲最大单口径天线,也将正式上岗。
今天(3 日)下午,这座天线的验收会在北京举行,正式交付给它的用户——中国科学院国家天文台。


总台央视记者:我现在就是在这个 70 米口径天线的内部,来到这的第一感觉就是非常大,脚下就是天线所采用的反射面板,它的面积有 4560 平方米,相当于 10 个篮球场的大小,这个天线的高度有 72 米,重量有 2700 吨,在整个火星探测任务当中,它主要承担的就是数据接收的任务。
目前,我国已经投入使用的天线,有 35 米、40 米、50 米等多种类型,但是由于火星距离地球较远,已经投入使用的天线无法满足接收火星探测器回传数据的需求。而这座 70 米口径的天线,可以说是为火星任务专门定制的。


中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:应该是目前亚洲口径最大的一个全可动的天线。天线建设就是为了我们能接收到 4 亿公里远距离的一个微弱的火星的科学探测数据。
目前,天问一号火星探测器正在逐步靠近火星,预计近期将会被火星引力场捕获,进入环绕火星的轨道。随后火星探测器上携带的多种科学载荷将陆续开机,并回传数据。而能否接收到这些数据,也是本次火星探测任务成败的关键一环。
中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:如果是说我们都接收不到火星探测的科学数据的话,我们火星探测就是失败的,没有意义的,所以它是非常关键的。因为它要接收到火星发回来的信号,也是事关着火星探测工程的一个成败。
双曲面接收 捕捉 4 亿公里外科学数据
由于火星距离地球较远,火星探测器上发出的信号在回传过程中,会随着距离的变大而衰减。为了捕捉到这些珍贵而又微弱的信号,研制团队采用了大口径双曲面天线来接收数据,既保证能够接收到足够的信号量,同时也保证传输数据的准确性。
形象地说,从火星探测器上回传数据,就相当于在探测器上用一支激光笔照向地球。虽然信号在火星探测器一端是一个点,但由于传输距离的不断变大,信号在到达地球的时候,就变成了一个放大很多倍的圆形面。
中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:随着距离变远,它的能量是在衰减的,它的密度在变小,能量密度在变小,就是我们接收到的单位面积里面的能量就会越少,所以需要一个大面积的天线才能把能量集中起来,才能拿到。
而为了捕捉到这些带着探测数据的信号,天线在接收数据过程中,采用双曲面反射,信号通过集中、放大等一系列环节,最终才能将捕获到的数据传输到计算机中,进行后续的分析。


中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:首先接触的是脚底的反射面板,然后再把它反弹到副面去,然后再折回到馈源里面,接收机要把它微弱的信号我们再放大,放大后再做传输,再做处理。
尽管数据信号经过多次反射,能量会产生一定程度的衰减,但由于信号持续不断传向地球,所以只要接收足够多的数据,就可以保证数据的准确性。
中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:打到各个地方的信号,只要它是同相的,也就是同时来的信号都是一样的,信号量越多它信号会越强,然后越强的话我们就可以同一次送更多的信息,这样我们能够更多把它解出来。
正式上岗探火任务后 每天将接收大量数据
在我国火星探测任务中,轨道器和火星车上共搭载了 13 台科学设备,在开始环绕火星探测后,就会开始大量回传科学探测数据。而由于火星和地球的位置一直处在变化中,所以,天线要时刻处在动态的工作状态,以保证能够获取到回传的数据。
中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:这个天线就相当于一个火星到地球的一条路,这条路上要跑车,这车要把那些数据运回来,要把它拿回来,所以它相当于一个信息的高速公路。天线实际上是和卫星探测器联络的唯一途径,只有这个途径能把信息传回来。
在 " 天问一号 " 火星探测器飞向火星的半年多时间里,70 米口径天线已经开始进行测试工作,大概每个月会接收一次科学数据。随着探测器距离火星的距离逐渐拉近,天线获取数据的频次提升到 10 天左右。正式开始工作后,则每天都会接收大量回传数据。
中国科学院国家天文台研究员 首次火星探测任务工程副总设计师 李春来:接收火星数据的时候,它肯定就是跟着火星走。它的方位可以旋转 360 °,可以俯仰 90 °,所以这个范围只要我们看得见的天区,我都可以接收数据。
栏目主编:顾万全 本文作者:央视新闻 文字编辑:董思韵 题图来源:视觉中国 概念图 图片编辑:项建英

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