本文摘自 中國電科 微信公眾號

火星，作為全球最熱門的行星“旅行地”，全世界都未曾停止過對它的探索，中國也不例外。

7月23日，我國在文昌發(fā)射基地，成功發(fā)射“天問一號”火星探測器，開啟了中國首個火星探測任務(wù)。中國電科總經(jīng)理、黨組副書記、中國工程院院士吳曼青，黨組成員、副總經(jīng)理?xiàng)钴娪H臨文昌發(fā)射場，檢查集團(tuán)公司參研設(shè)備運(yùn)行情況，看望慰問中國電科現(xiàn)場科技工作人員，指導(dǎo)并見證發(fā)射。

按照計(jì)劃，“天問一號”大約需要經(jīng)過7個月左右的飛行時間方可抵達(dá)火星，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測。屆時，我國將成為世界上首次探索火星就完成軟著陸任務(wù)的國家。

作為工程領(lǐng)導(dǎo)小組成員單位、副總指揮單位，中國電科再次發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，在科學(xué)載荷、測控通信等方面的核心作用，全面保障“天問一號”的乘風(fēng)破浪探索之旅。

首款環(huán)繞器雷達(dá)：精準(zhǔn)探測的“X眼”

探測火星表層和次表層結(jié)構(gòu)分層信息，尋找火星地下冰水存在的痕跡與證據(jù)，是首次火星探測任務(wù)面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。在這個過程中，需要用到火星探測設(shè)備。

中國電科研制的我國首款環(huán)繞器雷達(dá)作為7個火星環(huán)繞器探測設(shè)備之一，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

不同于其它探測設(shè)備，該款環(huán)繞器雷達(dá)利用低頻段雷達(dá)的介質(zhì)穿透特性，在高速環(huán)繞的衛(wèi)星平臺上，向火星發(fā)射低頻率電磁波，穿透到次表層內(nèi)部，利用回波特性分析次表層分層結(jié)構(gòu)，并推算其物質(zhì)組成，相當(dāng)于為火星探測加裝了一雙“X眼”，精準(zhǔn)探測將不是難題。

該雷達(dá)是中國電科研制而成，對火星次表層土壤的穿透深度可達(dá)幾百米，對冰層可達(dá)幾千米。同時，采用星上實(shí)時處理技術(shù)降低數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)星際超遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

鋰氟化碳電池組首應(yīng)用：乘風(fēng)旅行的動力源泉

火星探測路途遙遠(yuǎn)，有了可靠穩(wěn)定的電源產(chǎn)品，才能為火星探測器成功著陸火星表面提供強(qiáng)勁動力。

為此，中國電科研發(fā)了鋰氟化碳電池組，這也是鋰氟化碳電池在深空探測器上首次應(yīng)用。

“著陸過程技術(shù)難度最高，電源產(chǎn)品可靠穩(wěn)定至關(guān)重要。”據(jù)中國電科技術(shù)專家介紹，在環(huán)繞器和著陸巡視器分離后，著陸巡視器由進(jìn)入艙鋰氟化碳電池組供電，從探測器抵達(dá)火星大氣層，進(jìn)入距離火星指定距離的某個軌道接口點(diǎn)開始，到開傘減速、懸停直至軟著陸于火星表面，被稱為“恐怖7分鐘”，這個階段風(fēng)險(xiǎn)最大，為確保電池穩(wěn)定，項(xiàng)目組采用鋰氟化碳電池組作為進(jìn)入艙電源，較之鋰離子蓄電池組方案減重了5kg。

針對探測器在7個月轉(zhuǎn)移時間內(nèi)的環(huán)境溫度變化考驗(yàn)，研制團(tuán)隊(duì)通過工藝控制，有效減少了電源產(chǎn)品高溫下的自放電率，實(shí)現(xiàn)了能量在軌長期貯存。

在即將著陸階段，中國電科也配備了若干核心器件，為著陸提供動力源。

某型行星齒輪減速無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動組件的動力源，在空間體積有限的前提下，通過團(tuán)隊(duì)的協(xié)作努力，解決了一系列技術(shù)難題，有效提高了整個火星系統(tǒng)的可靠性。

輕裝上陣，才能飛得更遠(yuǎn)。

中國電科為火星探測器配套了若干傳感器和核心關(guān)鍵器件，積極開展專項(xiàng)小型化設(shè)計(jì)和減重設(shè)計(jì)。

某傳感器在滿足結(jié)構(gòu)和力學(xué)要求的前提下，突破同類產(chǎn)品減重紀(jì)錄，為整機(jī)減重設(shè)計(jì)做出了巨大貢獻(xiàn)；研制配套的功率模塊、低噪聲放大器、二極管等多款產(chǎn)品，為深入研究探測火星土壤層、沉積層和冰層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)提供技術(shù)保障；配備的系列固放、變頻組件，覆蓋了環(huán)繞器和著陸巡視器的多種器型裝備，攻克若干瓶頸，可適應(yīng)溫區(qū)范圍較大的工作條件和儲存條件，滿足火星探測組件小型化、高可靠的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

系列深空探測設(shè)備：破浪路上的“助行器”

相比登月跨越的38萬千米，地球到火星數(shù)千萬千米的距離，對飛行器的深空探測是一項(xiàng)巨大的考驗(yàn)，這也注定了“天問一號”7個月的旅程，必然是充滿挑戰(zhàn)。

深空探測是繼衛(wèi)星應(yīng)用、載人航天之后又一重大航天技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，對測控系統(tǒng)提出了更新、更高、更嚴(yán)的要求。

在首次火星探測任務(wù)中，測控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成對探測器各飛行階段的測定、監(jiān)視、控制，以及對著陸巡視器在火星表面探測階段的控制等任務(wù)。

中國電科發(fā)揮在歷次航天發(fā)射中積累的測控通信經(jīng)驗(yàn)，配備了系列測控設(shè)備，為火星探測器在茫茫“星辰大海”中測定軌保駕護(hù)航。

作為佳木斯深空測控站的總體單位，中國電科對測控站進(jìn)行了研發(fā)升級，全力保障火星探測任務(wù)的完成。通過66米天線與另外兩個測控站協(xié)同配合，對探測器飛行軌道進(jìn)行測量，保證探測器準(zhǔn)確進(jìn)入軌道。此外，通過發(fā)送指令，指揮探測器做變軌、打開太陽帆板、轉(zhuǎn)動天線、環(huán)繞器與著陸巡視器分離等動作，同時實(shí)時監(jiān)測星上設(shè)備工作狀態(tài)，檢查探測器供電、溫度、氣壓等參數(shù)。在登上火星后，測控站還將負(fù)責(zé)完成拍照任務(wù)和數(shù)據(jù)的傳輸。

研制的多型測控系統(tǒng)，在探測器發(fā)射、火星環(huán)繞、著陸和巡視探測各個階段，執(zhí)行地面遙控、遙測、高精度的目標(biāo)導(dǎo)航、數(shù)據(jù)接收等任務(wù)，為首次火星探測任務(wù)提供堅(jiān)實(shí)測控和通信技術(shù)保障。

與近地軌道相比，本次任務(wù)的最遠(yuǎn)作用距離達(dá)到4億千米，數(shù)據(jù)信號較為微弱，且在任務(wù)過程中還會面臨影響探測精度的光和流層等因素干擾，為全力保障首次火星探測任務(wù)，中國電科進(jìn)行了系列技術(shù)升級。

在接收數(shù)據(jù)信號方面，中國電科承研了70米天線高性能接收系統(tǒng)，建成后將為亞洲口徑最大的全可動天線，具備穩(wěn)定接收微弱人造數(shù)據(jù)信號和感知極微弱宇宙自然天體輻射電磁波等功能，可實(shí)現(xiàn)宇宙深空探測器遙感數(shù)據(jù)接收和射電天文觀測科學(xué)研究，將為助力人類探索未知宇宙空間做出巨大貢獻(xiàn)。

作為靶場測量的超級“千里眼”，我國首部雷達(dá)探測和遙測一體化測量雷達(dá)，在試驗(yàn)任務(wù)中陸海協(xié)同，承擔(dān)了外彈道測量任務(wù)，其不受運(yùn)載火箭飛行及箭載設(shè)備工作狀態(tài)的影響，可以客觀準(zhǔn)確地提供火箭的飛行軌跡數(shù)據(jù)，實(shí)時提供目標(biāo)方位、俯仰角度信號、距離及速度信息，判斷火箭飛行狀況。為靶場定軌提供了精密的測量數(shù)據(jù)，用智慧電眼，照亮運(yùn)載火星的飛天之路。

某頻段超大功率高功放樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了在深空測控領(lǐng)域該頻段超大功率連續(xù)波功率穩(wěn)定輸出的能力，可將信號放大到額定功率后由大口徑天線發(fā)向衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)遙控指令的送達(dá)，為后續(xù)深空站組網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

此外，為克服光行時和流層延遲對深空探測的復(fù)雜影響，中國電科針對極其復(fù)雜的任務(wù)場景，制定詳細(xì)測量和信號獲取方案，為實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)提供完備的測控通信支持。