揭秘“天问探火”，背后亦有“亦庄贡献”
5月15日7时18分
“天问一号”探测器成功着陆于
火星乌托邦平原南部预选着陆区
我国首次火星探测任务
着陆火星取得成功
在这成功的背后
也有北京经开区多家企业的贡献
5月15日，我国首个火星探测器“天问一号”成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，“祝融号”火星车成功传回了遥测信号。在地球上对相距数亿公里的“天问一号”情况了如指掌，这背后有北京经开区企业航天长征火箭技术有限公司（以下简称“航天火箭公司”）信号采集处理技术，为“天问一号”保驾护航。
△我国首个深空天线组阵系统
我国首个深空天线组阵系统，是火星探测着陆段地面测控网的重要设备，采用天线组阵技术，利用多个天线接收来自“天问一号”的信号，通过信号合成提高接收信号的信噪比，以达到深空远距离高速数据接收的目的。航天火箭公司为该系统研制了信号采集与数据记录、信号合成及解调处理两个关键分系统设备，通过持续接收、记录及处理飞行器目标信号，为“天问一号”保驾护航。
十余年来，航天火箭公司一直致力于天线组阵技术的攻关，研制了国内首台组阵信号合成器，技术指标达到了国际先进水平。在此次任务中，航天火箭公司在国内首次采用了通用计算机集群架构，突破了分布式前端采样、多任务调度并行、异构资源池等关键技术，使设备可根据任务需求进行模块重组，具备灵活的系统配置和升级扩展能力。新技术的应用解决了多天线组阵中的高效合成难题，合成信噪比提升4倍，有效提高了我国的深空探测能力，使得“天问一号”虽然远在数亿公里以外，却仿佛跟我们近在咫尺。
“天问一号”探测器着陆火星虽然只有短短几分钟，但是着陆过程却是危险重重。航天火箭公司为探测器配套研制了传感器设备，负责完成探测器着陆过程中的参数测量工作，获取宝贵的热防护数据，为“天问一号”成功着陆火星提供了数据支撑。火星探测是我国深空探测非常重要的一环，标志着我国行星探测大幕正式拉开。后续，航天火箭公司研制的设备将继续为此次火星探测任务发挥积极的作用，为提升我国深空探测能力贡献力量。
我国首个火星探测器“天问一号”成功着陆的背后，北京经开区企业北京合众思壮科技股份有限公司（以下简称“合众思壮”）也是“幕后英雄”。合众思壮全球星基广域高精度增强服务系统——中国精度，用在负责卫星海上测控任务的“远望七号”航天远洋测量船上，用高精度定位指引“天问一号”飞向火星。
△资料图
早在火星探测器“天问一号”成功发射升空之前，为保证此次火星探测任务的顺利开展，安装有中国精度全球星基增强服务设备的“远望七号”航天远洋测量船，就已赶赴太平洋预定海域执行卫星海上测控任务。
“远望”系列航天远洋测量船主要负责火箭、卫星、飞船等各类航天器的海上跟踪测控任务。由于在远海区域无法架设卫星定位参考站及地基通信网络，采用传统卫星导航定位只能获得米级定位精度，而测量船采用了星基增强服务系统，建立了精确的时空基准，这也是“远望七号”的技术亮点。
中国精度与“远望”测量船的渊源可追溯到2016年。合众思壮技术团队与中国卫星海上测控部合作，在“远望七号”航天远洋测量船上安装了中国精度星基增强高精度定位设备。中国精度系统由合众思壮自主研发，其具备世界先进水平可覆盖全球的高精度星基增强卫星导航定位服务系统。
在采用中国精度系统后，通过接收卫星播发的覆盖全球的中国精度信号，“远望七号”测量船上的中国精度接收机可以增强北斗/GNSS卫星导航系统的定位能力，在全球任意位置上，为测量船提供厘米级位置基准，能够有效助力中国航天事业测控任务的顺利完成。
中国精度于2015年6月15日正式面向全球发布并提供服务至今，其使用体验和服务性能得到稳定提升。目前，中国精度可向全球用户提供厘米级的实时服务，并广泛应用在测量测绘、精准农业、海洋工程，以及机械控制等多个领域。
△“中国精度”随“远望七号”出征
此次中国精度伴随“远望七号”出征，除了完成火星探测器发射的测控任务外，还担负着评估刚刚完成全球星座组网的北斗卫星导航系统在航程区域的性能的工作。
5月15日，“天问一号”探测器成功着陆火星乌托邦平原南部预选着陆区。作为工程领导小组成员单位、副总指挥单位，中国电科在火星探测任务中，发挥科学载荷、测控通信系统技术优势，全面保障“天问一号”成功着陆火星。
据了解，中国电科配备研发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，为“天问一号”火星探测加装了一双“X眼”，精准探测将不是难题；配备的系列测控设备，为火星探测器在茫茫“星辰大海”中测定轨保驾护航；研发的锂氟化碳电池组，实现了锂氟化碳电池在深空探测器上首次应用，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；配套的电机、传感器、滤波器、功率模块、低噪声放大器、二极管、固放、变频组件等多款关键核心元器件，满足火星探测组件小型化、高可靠的要求。
“探测器在选定着陆点后，以完美角度切入火星大气层，成功降落火星是一大难题。由于巨大的通信时延，使地面测控设备无法实时对火星车最后落火阶段进行测控，因此最后落火的几分钟时间被称为‘黑暗时间’。”相关工作人员介绍道。
为了让“黑暗时间”不再黑暗，中国电科对系列深空测控站进行研发升级，以更好的性能执行地面遥控、遥测、高精度的目标导航及数据接收等任务。通过组阵技术，中国电科将4套35米深空天线进行组阵合成，这也是我国首个35米深空探测天线阵，可以实现对远在4亿公里以外的火星探测器进行极高灵敏度的微弱信号组阵接收，极大增强地面系统的接收能力。该组阵系统采用高性能的实时及事后多天线信号组阵合成算法，通过多天线系统的综合资源调度以及任务管理，实现天线单元间高同步高精度的时频信号分发以及数字化采样，从而为接收“天问一号”探测器传回的微弱信号提供高质量服务。
除4套35米深空天线组阵系统，中国电科还研制了亚洲最大单口径全可动天线70米天线。该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，为接收“天问一号”探测器传回的科学数据提供坚实保障。为保证天线指向精度，研制团队采用了多电机控制、抗阵风扰动以及多参数指向标定修正等多项新技术，使天线指向精度大幅提升。团队还采用了副面赋形和实时吻合、反射体温度场控制等多个专项技术，提高了天线主反射面面形精度。
此外，根据火星探测任务各弧段应用场景，中国电科对佳木斯66m深空测控站进行了适应性改造，改造后，其与喀什深空测控站、阿根廷深空测控站协同工作，形成全球覆盖，全力保障火星探测任务的完成。采用DOR（差分单向测距）等方式与其它深空站协同进行干涉测量形成轨道预报，经过连续数天降轨参数的试算确定大气进入初始点位置，降轨机动前约8小时，在佳木斯深空站测控弧段内，地面注入大气进入初始点和导航数据等关键指令，引领探测器完成避障并安全着陆。为全部有效利用降火数据，获取更多关于落火初始阶段探测器信息，团队通过数据慢帧处理策略的优化，实现了低码率数传信号接收功能，能做到信息首帧输出即上报，提高信息有效帧数量，得到更多关于探测器降落时的宝贵信息。
北京经开区的商业航天产业已经具备了较强的产业综合实力，并初步形成了产业生态，甚至北京经开区荣华南路-地盛街附近还因为商业火箭企业聚集而被称作“火箭街区”。北京经开区相关负责人此前介绍，将进一步巩固“南箭”地位，助力“两区”建设，下一步，北京经开区将鼓励卫星网络产业集群化发展，打造北京经济增长新高地。
END
本文由北京亦庄发布
部分文字来源：航天火箭公司
记者：田艳军
编辑：王弈鸥
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