刊登日期 : 05/02/2021
相比於「天問一號」等航天明星,中國科技打造的「深空測控網」較少為航天迷所關注。但它卻是探測火星任務所不可缺少的,因為有了這套系統,中國專家才能向遠在4億公里外的「天問一號」發出指令,並接收它傳回的數據;也因為有了這中國科技打造的設備,「天問一號」才不會變成斷線風箏。
中國科技定義:月球是深空探測起點
運載火箭、人造衛星和各種探測器進入太空後,中國科技人員要對它們進行跟蹤、測軌、發出指令,以及接收和處理它們發回地球的訊號和資料,都要靠航天測控系統來完成。因為地球是圖的,受地球曲率影響,只在地面上的一點是不可能對人造衛星等作全程觀測,所以測控任務需要由分布在不同地點的多個地面站「接力」,這就組成航天測控網。
但一般的航天測控網只能對應接近地球的火箭或航天器,要應付飛得更遙遠的航天器,中國科技工作者便需要建設技術難度更高的深空探測網。這個網絡的設施,辨識度最高的肯定是大口徑拋物面天線,亦即大家俗稱的「鑊形天線」,還有大功率發射機、極高靈敏度的接收系統、信號處理系統,以及高精度高穩定度的時間頻率系統等。根據中國採用的定義,月球是深空探測的起點。
中國深空測控網的建設起步較晚。它建設於2004年,也就是正式啟動月球探測工程之際。那時儘管中國已組建了由國內外陸基站點、海基測量船所組成的航天測控網,但面對距離地球38萬公里的月球,原有的設備已顯得力不從心。
於阿根廷建首個海外中國科技深空站
所以當局經過研究,決定在山東青島、新疆西部的喀什測控站,新建兩座18米直徑測控天線,並在2007年投入使用。新的測控天線加上原有的北京密雲50米直徑天線、雲南昆明的40米直徑天線,形成了中國深空測控網的雛形,而首個使用新系統的,是中國第一個月球探測器「嫦娥一號」。
後來的「嫦娥三號」任務,由數據通信更密集、實時性要求更高所,所以當局在2012年底把喀什站升級為設備更先進的深空測控站,建造新的35米直徑天線,同時決定利用國土的縱深,在接近中國東端的黑龍江佳木斯,設立另一座深空測控站,並建造66米直徑巨型天線。至此,中國深空測控網初具規模。
惟中國國土跨度始終有限,單靠喀什和佳木斯兩座深空測控站,仍無法做到對深空航天器的全時段測控覆蓋。為了後續的任務,中國建立了海外第一個深空測控站——南美洲阿根廷西部內烏肯省薩帕拉地區測控站。該站在2017年投入使用,配合國內的喀什和佳木斯深空測控站,中國對深空航天器的測控覆蓋率提高到90%以上,綜合水平躋身世界前列。2020年7月23日「天問一號」升空,就是位於阿根廷的深空測控站首先捕獲它發出的信號。
70米中國科技天線 接收8億公里外數據
另外,「天問一號」愈飛愈遠,當它飛抵火星時,距離地球已超過1億公里,其發回地球的信號會隨距離衰減,有科學家形容相當於「用激光筆照地球」。所以中國要再一次升級深空測控網以應對,而這次是在天津武清建設一座70米直徑、亞洲最大可動測控天線。它將與北京密雲站、雲南昆明站等天線聯合對「天問一號」作觀測,以達到最大的接收性能指標,並大褔提高星地間的傳輸速率。
傳媒報道,2021年2月3日,天津武清的天綫已投入使用,並將在火星探測任務中,負責接收「天問一號」傳回的數據。
當然,這天線的「威力」何止於火星。根據報道,它與其他天線合作,能接收來自8億公里外的數據,且保證準確性,能為後續的小行星、彗星等深空探測任務提供堅實基礎。
據悉,目前只有美國、歐洲航天局和中國等已經建立了深空測控網,而俄羅斯、日本、印度等國家也有自己的深空測控設備,但並未形成完整的網絡。