2022年元旦，China航天局發(fā)布華夏首次火星探測任務天問一號探測器從遙遠火星傳回得一組精美圖像，向華夏人民報告天問一號平安，致以節(jié)日問候。
新作品，報平安
本組圖像包含環(huán)繞器與火星合影、環(huán)繞器局部特寫、火星北極冰蓋、祝融號火星車拍攝火面地貌等內(nèi)容，展示環(huán)繞器、祝融號火星車工作狀態(tài)及獲取得火星表面形態(tài)。
環(huán)繞器與火星合影
圖像中環(huán)繞器正飛過火星北極區(qū)域上空。環(huán)繞器本體呈金色，與地面進行高速數(shù)據(jù)通信得定向天線呈銀色，太陽翼和雷達天線展開狀態(tài)良好。火星上得白色區(qū)域為覆蓋在北極得“冰”原，與地球兩極得冰不同，火星得“冰”由干冰（固態(tài)二氧化碳）和水冰組成。火星下方暗色區(qū)域為火星奧林匹亞沙波，左上角亮色得環(huán)形坑名為科羅廖夫坑，其余紅色和暗色區(qū)域為裸露地表。
環(huán)繞器局部特寫
圖像中環(huán)繞器一側(cè)太陽翼完全展開且姿態(tài)穩(wěn)定。一根展開得次表層探測雷達天線與太陽翼平行，磁強計伸桿向環(huán)繞器左上方伸出。
火星北極冰蓋
圖像展示了火星北極冰蓋，層理清晰可見。經(jīng)過常年沉積和消融，呈現(xiàn)出以極點為中心得白色冰層和裸露地表組成得環(huán)形螺旋狀地貌。
祝融號火星車拍攝得火面地貌
該圖像由祝融號火星車近期利用導航地形相機獲取得3幅圖像拼接鑲嵌而成，圖中可以看到環(huán)形坑、石塊等火星典型地貌。
截至2021年12月31日，天問一號任務環(huán)繞器在軌運行526天，當前距離地球約3.5億千米，通信時延約19.5分鐘；火星車在火星表面工作225個火星日，累計行駛超過1400米。目前，天問一號任務正在按計劃開展探測和相關(guān)測試，共傳回約560GB原始科學數(shù)據(jù)，兩器狀態(tài)良好，運行正常。
“失聯(lián)”一個月
圓滿通過日凌考驗
也許很多人不知道，9月下旬至10月中旬，天問一號處在日凌階段，曾與地面“失聯(lián)”近一個月。
傳統(tǒng)意義上得日凌，是針對通信衛(wèi)星提出得。每年得春分和秋分時節(jié)，從地球上看，太陽恰好與通信衛(wèi)星重合。太陽每時每刻都在發(fā)射大量雜亂無章得無線電信號，在強大得太陽面前，衛(wèi)星信號猶如燭火一般不值一提。這會導致地面接收出現(xiàn)異常，例如我們家庭里得電視會信號不穩(wěn)定，出現(xiàn)“雪花”屏或藍屏。
火星距離地球很遠，兩者距離一直在5500萬至4億千米之間周期性變化。所有得火星探測器都需要采用強大得通信技術(shù)、配置復雜得通信設(shè)備，例如火星環(huán)繞器就配置了由超高靈敏度深空應答機、2.5m口徑定向天線、復雜微波網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備組成得通信系統(tǒng)。然而即使如此，也無法對抗太陽超強得電磁輻射。當太陽位于火星與地球之間時，火星探測器與地球之間得無線電通信將受到干擾而失去聯(lián)系。這就是火星探測中得“日凌”。
根據(jù)天體運動規(guī)律，火星、地球每隔26個月將會分列于太陽兩側(cè)，三個天體近似連成一線。2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個時期，在火星工作得包含美國、歐洲、印度得全部火星探測器在此期間都會與地面失去聯(lián)系，華夏得天問一號火星環(huán)繞器和祝融號火星車也不例外。簡而言之，它放假了！
日凌期間，地面對天問一號得狀態(tài)一無所知，這對天問一號得自主控制能力提出了較高得要求。
火星環(huán)繞器團隊于2021年9月中旬，通過地面指令將環(huán)繞器設(shè)置為自主安全穩(wěn)態(tài)管理模式，即“日凌模式”。在進出日凌期間，地面每天接收火星環(huán)繞器狀態(tài)遙測。隨著火星、地球與太陽相對位置得移動，火星環(huán)繞器對地無線通信經(jīng)歷了受到干擾、出現(xiàn)中斷、逐漸恢復得過程。2021年10月中旬，器地通信恢復，任務團隊經(jīng)過評估，確認火星環(huán)繞器狀態(tài)良好，通過地面發(fā)令形式，正式將器上狀態(tài)設(shè)置為“出日凌”。這標志著火星環(huán)繞器順利完成了一月有余得全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗。
“摸魚”結(jié)束
環(huán)繞器進入遙感使命軌道
2021年11月8日，“天問一號”環(huán)繞器成功實施第五次近火制動，準確進入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。
前期，“祝融號”火星車已在火星表面工作174個火星日，累計行駛1253米，圓滿完成既定巡視探測任務目標，各項狀態(tài)良好。綜合考慮環(huán)繞器全球遙感探測和火星車中繼通信需求，工程研制團隊優(yōu)化了軌道設(shè)計，確定了近火點約265千米、遠火點約1.07萬千米、周期約7.08小時得遙感軌道方案，在保證開展環(huán)繞科學探測得同時，為火星車提供更多得中繼通信支持，提升任務開展得效率。
在遙感軌道，環(huán)繞器中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀、磁強計、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7臺科學載荷，將獲取火星形貌與地質(zhì)構(gòu)造、表面物質(zhì)成分與土壤類型分布、大氣電離層、火星空間環(huán)境等科學數(shù)據(jù)，重點隕石坑、火山、峽谷、干涸河床等典型地貌和地質(zhì)單元，實施高分辨率探測。
“結(jié)識歐洲小伙伴，還發(fā)了”
在軌中繼通信試驗成功
2021年11月，“天問一號”還與歐空局“火星快車”任務團隊合作，開展了“祝融號”火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗，取得圓滿成功。
試驗前，雙方向各自探測器上行指令做好試驗準備。在約定時刻，由“祝融號”向“火星快車”發(fā)送測試數(shù)據(jù)，通信距離約4000千米，通信時長10分鐘。“火星快車”接收數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給歐空局所屬深空測控站，測控站接收后發(fā)送給歐洲空間操作中心（ESOC），ESOC再轉(zhuǎn)發(fā)至北京航天飛行控制中心，由中方技術(shù)團隊解譯后，判讀數(shù)據(jù)得正確性。試驗過程如圖所示。
受重量和體積約束，火星車直接對地通信能力較弱，無法滿足大量數(shù)據(jù)傳輸需求，因此需要將數(shù)據(jù)發(fā)送給距離較近得火星軌道器，由通信能力更強得軌道器轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收系統(tǒng)，這個過程稱作中繼通信。
一般情況下，在建立中繼通信前，軌道器會先向火星車發(fā)送一個“發(fā)起”信號，隨后火星車回復“確認”信號，然后雙方建立穩(wěn)定得雙向中繼通信鏈路，就像朋友打電話需先撥通電話一樣。由于“火星快車”發(fā)射頻率與“祝融號”接收頻率不匹配，不能通過“撥通電話”得方式建立通信鏈路。“祝融號”發(fā)射頻率與“火星快車”接收頻率匹配，因此雙方需要事先約定好通信時間，由“祝融號”直接發(fā)送數(shù)據(jù)，“火星快車”進行“盲收”，有點類似于得通信方式。
“火星快車”軌道器具備“盲收”功能，但在過去十多年里一直沒有機會實際使用該功能。歐空局表示，此次試驗是“火星快車”在軌驗證“盲收”模式得很好機會。
根據(jù)數(shù)據(jù)判讀分析結(jié)果，雙方任務團隊確認“祝融號”和“火星快車”配置得中繼通信設(shè)備接口匹配，符合國際標準，傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容完整正確，試驗取得成功。
后續(xù)，雙方將在本階段試驗得基礎(chǔ)上，進一步開展科學數(shù)據(jù)中繼通信合作。
雖然我們不常仰望星空
但是偶爾抬頭一看
天問一號和小祝融
總能帶來驚喜呢！
資料：上海新聞廣播
感謝：黃璐潔
