据新华社消息,5月15日,我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆,在火星上首次留下中国印迹,迈出了我国星际探测征程的重要一步。
“天问一号”落火,四川科技力量参与其中,第一次接收到“天问一号”着陆-巡视器从火星发回信号的佳木斯66米深空测控站就是由在川科研单位中电科十所承建。而在天问一号拥抱火星的过程中,佳木斯66米深空测控站都发挥着领航员的关键作用。
自主执行!17个小时前注入指令
中电科十所承研的佳木斯66米深空站作为重要的测控站点,为“天问一号”落火提前注入指令,进行轨道和导航控制。5月14日,从“天问一号”降轨机动前的17个小时开始,佳木斯66米深空站就连续不断地向它发送延时指令,其中包括降轨机动、器器分离、升轨机动及EDL(进入、下降和着陆)过程,以及落火后的初期工作等指令,为安全着陆和火面巡视工作提供有力保障。
为了安全着陆,探测器EDL过程中的导航信息至关重要,中电科十所团队采用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,引领着巡器完成避障并安全着陆。
数据慢帧处理策略优化破解“黑暗时刻”
着陆-巡视器从穿过火星大气层到软着陆在火星表面的四个环节,速度会从4.8千米/秒减到接近于0,而整个减速过程大约9分钟。短短9分钟内,着陆-巡视器必须及时、精准地自主执行上千个指令步骤。而在北京的飞行控制中心很难精准掌握着陆-巡视器降落的情况,这个9分钟就是航天人口中的“黑暗时刻”。
由于地火距离遥远,信息传送功率受限,数据传输速率极低,在成功落火后,首次可见弧段仅约20分钟,着巡器传送的数据帧最多不超过10帧,地面根据这些信息在第一时间判断其生存和工作状态。传统的遥测数传遥测接收中,前面几帧数据都是用于同步、校验等工作,并不是有效数据不能产生有效信息。但落火的10帧数据太宝贵了,如何能把这10帧数据全部有效利用以获取尽可能多的落火初始阶段着陆-巡视器的重要宝贵信息,成为中电科十所研发团队要解决的重要技术难题之一。经过理论攻关和上百次试验验证,团队创造性地提出了“数据慢帧优化处理机制”,实现了落火阶段极低码率数传信号的接收,能做到信息首帧即完成同步/校验及有效数据解调输出上报,这样就1bit不浪费地为飞行控制中心提供了全部可获得的着陆-巡视器落火工况信息。
大块头有大智慧,佳木斯深空测控站不仅拥有66m大型口径的天线,而且拥有综合基带数据处理终端、大功率发射机、深冷高灵敏度接收机、高稳氢钟等设备,结合极小信号的大动态捕获、编译码等技术,在国际航天界傲视群雄,是真正的“大国重器”!性能指标余量大、任务可靠度高,所谓能力越大,责任越大,历次深空任务都被赋予主力站的重任!66米站所提供的测控通信支持,全面实现火星环绕探测和着陆巡视探测,构建了独立自主的深空探测基础工程体系,实现我国深空探测领域的跨越。