深空探测天线阵等系列深空测控设备：精准接收4亿千米之外的信号

相比登月所跨越的38万千米，地球到火星需要跨越几千万千米的距离，“天问一号”探测器约飞行7个月，才可到达火星，此后，着陆巡视器软着陆于火星表面，在着陆区附近开展巡视探测，环绕器开展为期2年的中继和遥感探测。

要想从几千万千米外接收到清晰准确的信号，测控系统功不可没。

“测控系统在整个任务期间，主要负责完成对探测器各飞行阶段的测定轨、状态监视、飞行控制，对着陆巡视器在火星表面探测阶段的操作控制等任务。”中国电科技术专家表示，与近地轨道相比，本次任务的最远作用距离达到4亿千米，对测控系统提出了更新、更高、更严的要求。

中国电科发挥在历次航天发射中积累的测控通信经验，配备了系列测控设备，为火星探测器在茫茫“星辰大海”中测定轨保驾护航。

佳木斯深空测控站，精准信号捕捉发回的“全能手”。作为测控系统的主要参试设备，佳木斯深空测控站是我国首个超大口径天线深空测控站，可为月球二期、三期探测，火星探测以及后续深空探测任务提供测控通信支持。

中国电科作为佳木斯深空测控站的总体单位，为提高深空测控站性能，对佳木斯深空测控站进行了适应性改造。“在本次火星探测任务中，最远距离达到1.9亿千米，意味着火星探测器发出的下行信号到达地球时已极其微弱，如何捕捉到精准信号，佳木斯深空测控站作用极其重要。”中国电科中电天奥总设计师杜丹介绍，佳木斯深空测控站配有低温超导接收机和66米大口径天线，好比一个灵敏度极高的“听诊器”，负责在外太空噪声中寻找并捕获探测器信号，并解调出探测器供电、温度、仪表工作状态、科学试验数据等各种参数。当探测器到达火星后，配有10kw连续波超大功放的佳木斯深空测控站好比一个作用距离极远的“遥控器”，将地面的指令发送给卫星，实现探测器变轨、打开太阳能帆板、着陆巡视器的软着陆、试验仪器的控制等。此外，佳木斯深空测控站还可以起到“数据高速公路”的作用，实现图像等数据的传输，接收并解调着陆巡视器拍摄的火星表面的图像数据等。

亚洲最大单口径全可动天线，高质量、高可靠信号回传的“收发机”。“我们都知道，地火最远距离约为地月距离的1000倍。发射信号的衰减与距离的平方成正比，相同发射功率的信号到达地球将非常微弱，而增大地面接收天线的口径，也就是接收面积，是提高信号信噪比的基本途径。”中电网通39所技术专家表示，为实现我国首次火星探测工程来自4亿千米距离之遥的微弱信号数据接收，中国电科承担建设了70米天线（GRAS-4）高性能接收系统，该系统建成后将成为亚洲最大的单口径全可动天线，能够大幅度提高我国深空探测下行数据的接收能力，在提高天线效率的同时减少了系统噪声，提高了抗干扰能力，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，为完成我国首次火星探测工程任务以及后续的深空探测任务提供坚实基础。

此外，中电网通还研制安装了35米深空探测天线阵，它也是我国首个深空探测天线阵，由多台35米波束波导天线组成，可为地面与星际探测器之间建立高质量、高可靠的射频信道，完成数据接收任务，可服务于我国探月和火星探测工程，助力我国在深空探测领域进入世界先进行列。

高功放设备，“天问一号”运行路线的“遥控器”。要完成对“天问一号”姿态和轨道的调整，需要大口径天线向卫星传输信号，这个过程中，需经过高功放设备进行功率的放大。电科防务27所空天事业部总经理、高级工程师单秀旭表示，深空测控系统高功放要求极高，尤其是在各频段极限功率输出时，实现难度之高在国内前所未有。27所项目团队人员经过多年努力，成功研发高功放系列设备，成功执行了嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号等多项具体任务。

针对此次火星探测任务要求的具体特点，27所团队又成功研制出某频段超大功率高功放样机，首次实现了在深空测控领域该频段超大功率连续波功率稳定输出的能力，为后续工作打下坚实的技术基础。