深空測(cè)控系統(tǒng)：捕捉太空的聲音

目盡星河遠(yuǎn)，連通天地間。

【資料圖】

在中國(guó)東北、西部邊陲的土地上，在南美巴塔哥尼亞高原上，一面面巨大的深空天線正向著浩瀚無(wú)垠的宇宙、向著遙遠(yuǎn)未知的火星接力工作，日夜探索……

2012年6月，神舟九號(hào)成功返回地面，中國(guó)航天史上首次載人交會(huì)對(duì)接任務(wù)順利完成；2020年5月，嫦娥五號(hào)懷揣取自月球的土壤成功返回；2022年7月，問天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙組合體在軌完成交會(huì)對(duì)接，中國(guó)空間站在軌建造進(jìn)入沖刺階段……

從手動(dòng)完成對(duì)接到自主快速交會(huì)對(duì)接，從載人飛行到空間站飛行，從“嫦娥”奔月到火星探秘，中國(guó)航天事業(yè)不斷刷新紀(jì)錄、締造“航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”的背后，離不開由中國(guó)電科測(cè)控通信系統(tǒng)提供的強(qiáng)大技術(shù)支撐。

遙望星河，心系蒼穹。正是這些太空“守望者”，讓中國(guó)人探索太空的腳步邁得更大、更遠(yuǎn)，不斷為中國(guó)航天事業(yè)書寫新輝煌。

深空測(cè)控“天羅地網(wǎng)”護(hù)“天問一號(hào)”平安

2021年5月，我國(guó)火星探測(cè)器“天問一號(hào)”成功著陸，時(shí)至今日，它仍在火星為我們探索著星際奧秘。“天問一號(hào)”距離地球最遠(yuǎn)時(shí)可超過(guò)4億公里，也是目前我國(guó)深空測(cè)控系統(tǒng)已達(dá)到的最遠(yuǎn)距離。在如此遙遠(yuǎn)的深空還能與地球上的我們傳遞信息，靠的就是散布在廣袤大地上的深空測(cè)控天線系統(tǒng)。

從搭乘火箭上天到著陸火星，漫長(zhǎng)旅途中“天問一號(hào)”并不孤獨(dú)。

地球一直在自轉(zhuǎn)，要想一直盯緊高速飛行的“天問一號(hào)”，需要在全球布下多個(gè)深空站。如果說(shuō)把“天問一號(hào)”比作風(fēng)箏，那深空測(cè)控系統(tǒng)就是人手中牽動(dòng)的那根“風(fēng)箏線”，而測(cè)控人就被稱作“牧星人”。

為盡可能多覆蓋測(cè)控范圍，中國(guó)電科首席專家柴霖介紹說(shuō)：“我們利用國(guó)土東西縱深，建立了全亞洲最大的佳木斯66米深空站，喀什35米天線組陣系統(tǒng)，以及我國(guó)首個(gè)海外深空測(cè)控站阿根廷35米深空站?！比蟆罢緦ⅰ睂?shí)時(shí)“保駕護(hù)航”，無(wú)死角捕獲飛行器的位置和狀態(tài)，測(cè)控覆蓋率高達(dá)90%以上。

2021年2月，深空測(cè)控站接收到“天問一號(hào)”火星探測(cè)器傳回地面的首幅圖像。圖像里，火星阿茜達(dá)利亞平原、克律塞平原、子午高原、斯基亞帕雷利坑，以及最長(zhǎng)的峽谷—水手谷等標(biāo)志性地貌清晰可見。

聲像傳輸只是“開胃菜”，各個(gè)深空測(cè)控站組成一張看不見的深空測(cè)控網(wǎng)，確保“天問一號(hào)”的位置、速度和狀態(tài)正常，將一條條命令及時(shí)準(zhǔn)確地送達(dá)上億公里之外的探測(cè)器上，精準(zhǔn)執(zhí)行著巡器與環(huán)繞器分離、火星著陸等任務(wù)所需的遠(yuǎn)程控制；高性能接收探測(cè)器獲得的火星圖像、火星形態(tài)結(jié)構(gòu)等科學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收探測(cè)器發(fā)回地球的遙測(cè)信息，全程掌控任務(wù)設(shè)備狀態(tài)，并為任務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。

在這樣的“通力合作”下，上億公里之外的探測(cè)器才能準(zhǔn)確完成各項(xiàng)指令，深空測(cè)控系統(tǒng)為“天問一號(hào)”任務(wù)的圓滿完成提供了堅(jiān)實(shí)的測(cè)控保障。

佳木斯66米深空測(cè)控站

深空天線組陣系統(tǒng)：傾聽4億公里外的“聲音”

我國(guó)邁向深空的腳步越走越遠(yuǎn)，僅靠單個(gè)大口徑測(cè)控天線已經(jīng)不能滿足深空測(cè)控任務(wù)對(duì)測(cè)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

星際空間廣袤無(wú)垠，從月球的38萬(wàn)公里到火星的4億公里，信號(hào)衰減約100萬(wàn)倍，能夠接收到的信號(hào)微乎其微。克服遠(yuǎn)距離障礙，從嘈雜噪聲中提取極其微弱的有用信號(hào)，建立與探測(cè)器的電波聯(lián)系，是科研工作者必須攻克的難題。

“通過(guò)縝密論證，我們決定采用多個(gè)地面天線聯(lián)合工作的方案，通過(guò)信號(hào)處理，使它們形成一個(gè)整體，從而形成具有更優(yōu)異性能的天線組陣系統(tǒng)。”中國(guó)電科首席專家耿虎軍說(shuō)。

千錘百煉方能成鋼，風(fēng)雨過(guò)后是彩虹和勝利。經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)，中國(guó)電科制出4×35米天線組陣深空測(cè)控系統(tǒng)并投入使用，將這個(gè)艱巨的任務(wù)變成了現(xiàn)實(shí)。以單天線作用距離4億公里計(jì)算，合成后的系統(tǒng)作用距離超過(guò)8億公里，且性能不會(huì)下降，為未來(lái)我國(guó)走向更深遠(yuǎn)的太空提供了雄厚的測(cè)控技術(shù)儲(chǔ)備。

喀什35米天線組陣系統(tǒng)

從太空走向深空，中國(guó)探測(cè)高度不斷刷新

沿著距離軸丈量我國(guó)深空測(cè)控網(wǎng)的作用距離，月球探測(cè)38萬(wàn)公里，圖塔蒂斯小行星光學(xué)成像700萬(wàn)公里，火星探測(cè)4億公里，但深空探測(cè)不止于火星。載人登月、月球科研站、木星以及遠(yuǎn)天體的探測(cè)……我國(guó)測(cè)控通信技術(shù)走向更遠(yuǎn)的深空，也走向了全面發(fā)展的新階段，促使著中國(guó)人邁向“星辰大?！钡哪_步不斷延伸。

從第一代測(cè)控體制到如今的第三代“綜合化測(cè)控體制”，從軟件到硬件，從基礎(chǔ)元器件到整機(jī)、系統(tǒng)的100%國(guó)產(chǎn)化自主可控，從“人工操作”到“自動(dòng)運(yùn)行”。讓“玉兔”在月球背面通過(guò)“鵲橋”與地面測(cè)控站互致問候，讓“天問一號(hào)”探測(cè)器環(huán)繞火星，讓“祝融號(hào)”在火星表面款款而行。

在每一次的航天發(fā)射任務(wù)中，中國(guó)電科積極發(fā)揮測(cè)控通信系統(tǒng)主體研制單位作用，在陸、海、天全方位系統(tǒng)布局地面雷達(dá)、地面測(cè)控站、海上測(cè)量船及中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，用無(wú)形電波張開了一張100%全覆蓋的測(cè)控通信“天羅地網(wǎng)”。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)，成功來(lái)自于一代又一代“牧星人”幾十年的刻苦攻關(guān)。執(zhí)行航天任務(wù)時(shí)，技術(shù)專家們分赴海內(nèi)外，在測(cè)控站外場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間駐守，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、升級(jí)，不分晝夜，經(jīng)受戈壁、海浪、異國(guó)等種種考驗(yàn)。測(cè)控人勇?lián)姑?，將為?guó)奉獻(xiàn)的無(wú)私精神內(nèi)化于心，交出了一份沉甸甸的“成績(jī)單”。

我國(guó)首個(gè)海外深空測(cè)控站阿根廷35米深空測(cè)控站

中國(guó)深度，央企構(gòu)造。面向未來(lái)，中國(guó)電科在地月光通信、上行天線組陣、下行天線組陣等尖端技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)深耕，繼續(xù)深入探討著如何對(duì)深空大天線與光通信鏈路進(jìn)行融合設(shè)計(jì)、如何更加高效地匯聚大口徑的天線資源，共同接收來(lái)自遙遠(yuǎn)深空的信號(hào)……

星空浩渺無(wú)垠，探索永無(wú)止境。中國(guó)電科見證了我國(guó)從航天大國(guó)不斷向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，書寫著中國(guó)航天的華麗新篇章。