探测器|出发,目标火星!“天问一号”还要跨过几道生死之关?( 二 )


天问一号着陆器选的是超音速开伞、动力减速、悬停选址、降落的整个流程 , 被称为恐怖7分钟 , 登陆火星的探测器中能成功穿越火星大气层的大概只有一半多点 , 看来希望还是有的 , 但挑战极大!比如超音速开伞 , 与最后的悬停选址 , 因为火星和地球存在极大的通信延迟 , 所以“天问一号”只能自己想办法!万一落下位置选址不对 , 一旦倾倒就没有机会啦!
登陆火星 , 完成了2/3 , 已经胜利在望了 , 当然剩下最后关键 , 火星车从着陆器上欢欢驶离 , 中国人的火星车正式驰骋在火星大地上 , 这个过程嫦娥三号和四号也操作了两次 , 很简单?和登陆月球的时间只有几天不一样 , 到达火星半年 , 绕轨道2-3个月 , 进入火星大气层的震动是否会导致结构问题 , 所以火星车顺利驶下着陆器 , 将成为第四个坎!
最后则是火星环境 , 比月球环境更好的是火星和地球昼夜差不多 , 温差比月球要小 , 但太阳辐射只有月球的一半 , 还有沙尘暴 , 所以巡视车到达火星后保温比月球低 , 但难度也不小!另外太阳能电池如何不被沙尘暴覆盖 , 机遇号的教训如何避免都是一个难题 , 这是第五个坎!
天问一号的通信如何保障?通信保障是整个任务中最重大的一环 , 假如没有通信支持 , “天问一号”根本就出不了门 , 即使出了门也可能是只无头苍蝇!深空测控网的建设天链中继通信在此次任务中将发挥关键性作用!
这中间有几个环节必须了解下 , 因为地球距离火星最近也有5500万千米 , 最远则高达四亿千米!因此超大口径的深空测控天线是必须的 , 但除了这个还不行 , 因为地球和火星都在自转 , 通信中断的窗口期很长 , 刚好两者刚好相对的时间连一半都不到 , 怎么办?
在地球上设置深空测控网 , 比如:

  • 2011年 , 佳木斯66米和喀什35米天线初步建成 同年11月就投入了嫦娥二号任务飞掠小行星图塔蒂斯以及后续拓展任务的S频段测控支持 。

佳木斯深空站(北纬46°2937 东经130°4612)66米天线和喀什深空站(北纬38°2634.7 东经76°4340.3)35米天线
  • 2013年 , 佳木斯深空站和喀什深空站正式建成并投入使用 , 同年12月正式加入嫦娥三号任务的测控工作 , 首次利用X频段完成了嫦娥三号地月转移、环月、动力下降和月面工作各阶段的测控工作
  • 2017年 , 阿根廷35米天线深空站建成 , 2018年5月发射的嫦娥四号中继星鹊桥任务中正式投入使用!

阿根廷深空站(南纬38°11′28.90″ 西经70°8′58.20″)35米天线
  • 2020年4月25日 , 中国科学院国家天文台在天津武清的70米天线(GRAS-4)吊装成功 , 预计到2020年10月可投入使用 , 天问一号抵达火星之后加入数据接收工作 。
基本上这三个点大致覆盖了地球上任何时间与深空探测器联系 , 特别是阿根廷35米测控天线 , 位于南半球 , 直接填补了空白 , 远航系列测控船可以少跑几趟了!
天链卫星的两颗中继卫星已经专门为“天问一号”做了任务适应性改造 , 未来将接力跟踪目标 , 提供遥测数据中继传输服务!
另一个关键则是火星 , 因为火星也在自转 , 我们解决了地球的问题 , 火星怎么办?没错已经考虑好如何解决这个问题了 , 轨道器在环绕火星的轨道上运行 , 它差不多有一半以上的时间可以和火星车保持联系 , 因此它将成为地球到火星之间的中继通信服务提供者 , 加上火星登陆点朝向地球时 , 尽管不能保证100%保持联系 , 但至少是大部分时候了!
但是如果火星跑到了太阳另一边 , 中间被太阳遮挡时 , 那么在小行星带的中继通信网建立成功之前 , 谁都没有好办法!