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失联一个多月,天问一号经历了什么

来源:光明网-《光明日报》2021-10-23 03:45

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  光明日报记者 张蕾 光明日报通讯员 杜洋 谷宇

  2021年9月,“天问一号即将失联一个月”的消息刷遍了朋友圈。据专家讲,9月下旬至10月中旬,火星、地球运行至太阳的两侧,三者近乎处于一条直线,出现了日凌现象。日前,天问一号火星探测任务团队通过地面发令形式,将探测器上的状态设置为“出日凌”,这标志着火星环绕器顺利完成一月有余的全自主飞行,圆满通过日凌考验。

  对于天问一号的这个好消息,大家在感到开心的同时,也充满了好奇心:什么是日凌?它对火星探测器有什么影响?在这一个多月中,天问一号到底经历了什么,又如何能够在遥远的火星顺利完成自主飞行?针对公众关心的上述问题,光明日报记者采访了中国航天科技集团八院天问一号火星环绕器副总指挥褚英志。

失联一个多月,天问一号经历了什么

平安度过日凌的天问一号效果图 航天科技集团八院提供

  不可避免的日凌现象

  火星与地球的距离一直在5500万千米至4亿千米之间周期性变化。为了实现火星与地球之间的通信,所有的火星探测器都需要采用强大的通信技术、配置复杂的通信设备,例如火星环绕器就配置了由超高灵敏度深空应答机、2.5米口径定向天线、复杂微波网络等组成的通信系统。然而即便如此,也无法对抗太阳超强的电磁辐射——日凌的干扰。

  据褚英志介绍,传统意义上的日凌针对通信卫星提出。“通信卫星一般位于赤道上空距离地球36000千米轨道高度的地球同步轨道上。每年的春分和秋分,太阳刚好直射地球赤道。此时从地球上看,太阳恰好与通信卫星重合。来自太阳的无线电信号不可避免地会干扰正常的通信卫星信号,导致地面接收出现异常,信号中断甚至失去联系。”

  在天文学上,火星和地球运行至太阳的两侧呈近似180°的现象被称为火星合日。根据天体运动规律,火星、地球每隔26个月就会分列于太阳两侧,3个天体近似连成一线。2021年9月中旬至10月下旬便是这样一个时期,在火星工作的包含美国、欧洲、印度的全部火星探测器在此期间都会与地面失去联系,中国的天问一号火星环绕器和祝融号火星车也不例外。

  研制团队对日凌早有准备

  为了保证在轨飞行安全,天问一号火星环绕器团队9月中旬对火星环绕器的工作模式进行了调整。在完成全面状态检查后,通过地面指令将环绕器设置为自主安全稳态管理模式,即日凌模式,以应对器地失联情况。“在进出日凌期间,地面每天接收火星环绕器状态遥测,一方面判定环绕器在轨状态,另一方面判定太阳对器地通信的干扰。”褚英志解释。

  随着火星、地球与太阳相对位置的移动,火星环绕器对地无线通信经历了受到干扰、出现中断、逐渐恢复的过程。10月中旬,器地通信恢复,任务团队开始对火星环绕器的状态进行评估。经过仔细分析与确认,火星环绕器状态良好。

  让天问一号平安度过日凌

  据褚英志介绍,日凌期间,地面对天问一号的状态一无所知,这对天问一号的自主控制能力提出了较高要求:“首先,地面控制人员对探测器的在轨状态有数据和经验积累,因此在失联期间,探测器经历的外部环境条件可预估;其次,探测器能够针对可能出现的风险采取规避措施,同时根据预估的环境条件,在进入日凌前对探测器的相关系统进行状态设置,将整个探测器状态调整至相对简单、可靠的安全模式;最后,探测器拥有自主管理能力,在日凌期间可以定期检查器上系统,发现异常情况就按事先制定好的预案自主处置,以保证在出日凌后能够与地面重新建立通信链路。”

  目前,天问一号环绕器运行在中继通信轨道,主要为祝融号进行中继通信。后续,火星环绕器将恢复探测工作,完成轨道调整进入科学探测任务轨道。“届时,火星环绕器携带的中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪共7台载荷将会开机工作,进行火星全球性和综合性科学探测。”褚英志透露。

  (光明日报北京10月22日电)

  《光明日报》( 2021年10月23日 04版)

[ 责编:张璋 ]
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