凌晨升空！開啟十年“追星”之旅，天問二號(hào)到底有多牛？

5月29日1時(shí)31分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)乙Y110運(yùn)載火箭，成功將行星探測(cè)工程天問二號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空?；鸺w行約18分鐘后，將探測(cè)器送入地球至小行星2016HO3轉(zhuǎn)移軌道。此后，探測(cè)器太陽翼正常展開，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

天問二號(hào)主要任務(wù)目標(biāo)是對(duì)小行星2016HO3進(jìn)行探測(cè)、取樣并返回地球，此后再對(duì)主帶彗星311P開展科學(xué)探測(cè)。小行星2016HO3是人類目前發(fā)現(xiàn)的地球準(zhǔn)衛(wèi)星之一。

天問二號(hào)任務(wù)工程目標(biāo)：

一是突破弱引力天體表面取樣、高精度相對(duì)自主導(dǎo)航與控制、小推力轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

二是為小行星起源及演化等前沿科學(xué)研究提供探測(cè)數(shù)據(jù)和珍貴樣品。

科學(xué)目標(biāo)則聚焦于測(cè)定小行星和主帶彗星的多項(xiàng)物理參數(shù)：

一是測(cè)定小行星和主帶彗星的軌道參數(shù)、自轉(zhuǎn)參數(shù)、形狀大小、熱輻射特性等物理參數(shù)，開展軌道動(dòng)力學(xué)研究。

二是開展小行星和主帶彗星的形貌、物質(zhì)組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可能的噴發(fā)物等研究；

三是開展樣品的實(shí)驗(yàn)室分析研究，測(cè)定樣品物理性質(zhì)、化學(xué)與礦物成分、同位素組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，開展小行星和太陽系早期的形成與演化研究。

天問二號(hào)任務(wù)周期約10年 包含13個(gè)飛行階段

此次發(fā)射任務(wù)圓滿成功，僅僅是天問二號(hào)任務(wù)漫長探測(cè)過程的“第一步”。天問二號(hào)任務(wù)技術(shù)難度大，工程風(fēng)險(xiǎn)高，共包含發(fā)射段、小行星轉(zhuǎn)移段、小行星接近段、小行星交會(huì)段、小行星近距探測(cè)段、小行星采樣段、返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段、再入回收段、主帶彗星轉(zhuǎn)移段、主帶彗星接近段、主帶彗星交會(huì)段、主帶彗星近距探測(cè)段等13個(gè)飛行階段。

其中，小行星探測(cè)和采樣返回包括9個(gè)階段，發(fā)射段順利完成后，探測(cè)器進(jìn)入小行星轉(zhuǎn)移段，這一階段將持續(xù)約1年，期間需實(shí)施深空機(jī)動(dòng)、中途修正等操作，直至距離小行星約3萬公里處。

隨后依次進(jìn)入小行星接近段、交會(huì)段、近距探測(cè)段，在近距探測(cè)段按照“邊飛邊探、逐步逼近”原則，對(duì)小行星開展懸停、主動(dòng)繞飛等探測(cè)，確定采樣區(qū)后進(jìn)入采樣段。

完成采樣任務(wù)后，探測(cè)器將經(jīng)歷返回等待段、返回轉(zhuǎn)移段，在返回轉(zhuǎn)移段接近地球，返回艙與主探測(cè)器分離，之后獨(dú)自進(jìn)入再入回收段，預(yù)計(jì)于2027年底著陸地球并完成回收。

此后，主探測(cè)器則繼續(xù)飛行，前往主帶彗星311P，開展后續(xù)探測(cè)任務(wù)。

小行星2016HO3采樣方式示意。資料來源：《我國小天體探測(cè)任務(wù)設(shè)想》

“四川智慧”保駕護(hù)航 “精測(cè)妙控”天問二號(hào)

瞄準(zhǔn)主要探測(cè)目標(biāo)，天問二號(hào)的“探星”之旅并不容易。在伴飛、著陸、返回等旅程中，“四川智造”將如何為其保駕護(hù)航，確保信息的高效接收？

專家介紹，本次任務(wù)最大的特點(diǎn)是執(zhí)行雙任務(wù)，且到2034年才結(jié)束，任務(wù)持續(xù)時(shí)間長達(dá)9年半，這也將是中國航天史上任務(wù)周期最長的一次任務(wù)。

具體來說，任務(wù)涉及火箭發(fā)射、探測(cè)器入軌、軌道轉(zhuǎn)移、探測(cè)器著陸、探測(cè)器采樣和返回等環(huán)節(jié)，由運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、探測(cè)器、測(cè)控通信和地面應(yīng)用等多個(gè)分系統(tǒng)來保障執(zhí)行。

其中，在川央企中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所（以下簡(jiǎn)稱中國電科十所）深度參與，負(fù)責(zé)測(cè)控通信分系統(tǒng)中重要地面測(cè)控站——佳木斯66米深空站的研制建設(shè)。

具體來看，首先在火箭發(fā)射階段，需要地面對(duì)探測(cè)器持續(xù)接力跟蹤，監(jiān)測(cè)探測(cè)器入軌姿態(tài)是否正常等?！按蠹覐闹辈ブ新牭降摹b測(cè)信號(hào)正?！ⅰ櫿！f的就是這個(gè)階段。”中國電科十所航天測(cè)控設(shè)計(jì)師盧歐欣說，從這個(gè)階段開始，十所研制的測(cè)控系統(tǒng)便參與到任務(wù)中來。

在探測(cè)器入軌后，就需要用到外形酷似一口“大鍋”的佳木斯66米深空站。這一重要測(cè)控站點(diǎn)是任務(wù)中測(cè)控通信系統(tǒng)里最耀眼的“明星”之一，繼參與前期嫦娥系列任務(wù)和“天問一號(hào)”任務(wù)后，再次扛起大梁。

盧歐欣介紹，佳木斯66米深空站作為主力測(cè)控站點(diǎn)，在其他陸海測(cè)控站的配合下，發(fā)揮著超強(qiáng)“聽診器”“遙控器”等作用，為天問二號(hào)著陸小行星提前注入指令數(shù)據(jù)，進(jìn)行軌道和導(dǎo)航控制。

比如在上行通信時(shí)，它向探測(cè)器發(fā)送遙控指令，讓其完成調(diào)整姿態(tài)、軌道修正、點(diǎn)火制動(dòng)等動(dòng)作；下行通信的時(shí)候，進(jìn)行遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，除了探測(cè)器平臺(tái)自己的健康數(shù)據(jù)，還有其搭載的載荷數(shù)據(jù)、相機(jī)和紅外設(shè)備等數(shù)據(jù)，同時(shí)還要完成雙向測(cè)量，包括對(duì)探測(cè)器徑向速度和距離的測(cè)量。

那怎么辦？答案不外乎提高通信性能。為此，中國電科十所團(tuán)隊(duì)從多方面努力——

首先是高增益天線，也就是通過增大天線口徑來提升信號(hào)接收增益，同時(shí)保證天線的高精度指向。因此，佳木斯深空站采用了66米口徑的巨型拋物面天線和多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，確保天線不僅增益高，并且指得準(zhǔn)。

其次在接收鏈路設(shè)計(jì)中，要盡可能降低噪聲，提升信噪比（備注：信號(hào)與干擾加噪聲比是指接收到的有用信號(hào)的強(qiáng)度與接收到的干擾信號(hào)的強(qiáng)度的比值），這也是深空通信要解決的核心問題之一。“為了把接收系統(tǒng)的噪聲溫度降至極低，我們采用了超低溫冷卻的放大器?！北R歐欣說。

此外，還要對(duì)信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)定可靠地跟蹤解調(diào)，這就需要用到基帶信號(hào)處理設(shè)備。比如，研究人員運(yùn)用極窄帶寬高階鎖相環(huán)技術(shù)，進(jìn)行信號(hào)相位跟蹤和相關(guān)解調(diào)；利用高編碼增益信道編譯碼技術(shù)等，提升低信噪比下的解調(diào)性能。