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                數個首次!中國電科以技術創新為“天問一號”乘風破浪保駕護航

                來源:默認部門     作者:新聞中心     發布時間:2020年07月23日              

                  火星,作為全球最熱門的行星“旅行地”,全世界都未曾停止過對它的探索,中國也不例外。

                  7月23日,我國在文昌發射基地,成功發射“天問一號”火星探測器,開啟了中國首個火星探測任務。中國電科總經理、黨組副書記、中國工程院院士吳曼青,黨組成員、副總經理楊軍親臨文昌發射場,檢查集團公司參研設備運行情況,看望慰問中國電科現場科技工作人員,指導并見證發射。

                  

                  按照計劃,“天問一號”大約需要經過7個月左右的飛行時間方可抵達火星,實現火星環繞、著陸和巡視探測。屆時,我國將成為世界上首次探索火星就完成軟著陸任務的國家。

                  

                  作為工程領導小組成員單位、副總指揮單位,中國電科再次發揮自身技術優勢,在科學載荷、測控通信等方面的核心作用,全面保障“天問一號”的乘風破浪探索之旅。

                  首款環繞器雷達:精準探測的“X眼”

                  探測火星表層和次表層結構分層信息,尋找火星地下冰水存在的痕跡與證據,是首次火星探測任務面臨的一個巨大挑戰。在這個過程中,需要用到火星探測設備。

                  中國電科研制的我國首款環繞器雷達作為7個火星環繞器探測設備之一,發揮著至關重要的作用。

                  不同于其它探測設備,該款環繞器雷達利用低頻段雷達的介質穿透特性,在高速環繞的衛星平臺上,向火星發射低頻率電磁波,穿透到次表層內部,利用回波特性分析次表層分層結構,并推算其物質組成,相當于為火星探測加裝了一雙“X眼”,精準探測將不是難題。

                  該雷達是中國電科研制而成,對火星次表層土壤的穿透深度可達幾百米,對冰層可達幾千米。同時,采用星上實時處理技術降低數據量,實現星際超遠距離數據傳輸。

                  鋰氟化碳電池組首應用:乘風旅行的動力源泉

                  火星探測路途遙遠,有了可靠穩定的電源產品,才能為火星探測器成功著陸火星表面提供強勁動力。

                  為此,中國電科研發了鋰氟化碳電池組,這也是鋰氟化碳電池在深空探測器上首次應用。

                  “著陸過程技術難度最高,電源產品可靠穩定至關重要?!睋袊娍萍夹g專家介紹,在環繞器和著陸巡視器分離后,著陸巡視器由進入艙鋰氟化碳電池組供電,從探測器抵達火星大氣層,進入距離火星指定距離的某個軌道接口點開始,到開傘減速、懸停直至軟著陸于火星表面,被稱為“恐怖7分鐘”,這個階段風險最大,為確保電池穩定,項目組采用鋰氟化碳電池組作為進入艙電源,較之鋰離子蓄電池組方案減重了5kg。

                  針對探測器在7個月轉移時間內的環境溫度變化考驗,研制團隊通過工藝控制,有效減少了電源產品高溫下的自放電率,實現了能量在軌長期貯存。

                  在即將著陸階段,中國電科也配備了若干核心器件,為著陸提供動力源。

                  某型行星齒輪減速無刷直流電機作為驅動組件的動力源,在空間體積有限的前提下,通過團隊的協作努力,解決了一系列技術難題,有效提高了整個火星系統的可靠性。

                  輕裝上陣,才能飛得更遠。

                  中國電科為火星探測器配套了若干傳感器和核心關鍵器件,積極開展專項小型化設計和減重設計。

                  某傳感器在滿足結構和力學要求的前提下,突破同類產品減重紀錄,為整機減重設計做出了巨大貢獻;研制配套的功率模塊、低噪聲放大器、二極管等多款產品,為深入研究探測火星土壤層、沉積層和冰層等地質結構提供技術保障;配備的系列固放、變頻組件,覆蓋了環繞器和著陸巡視器的多種器型裝備,攻克若干瓶頸,可適應溫區范圍較大的工作條件和儲存條件,滿足火星探測組件小型化、高可靠的設計特點。

                  系列深空探測設備:破浪路上的“助行器”

                  相比登月跨越的38萬千米,地球到火星數千萬千米的距離,對飛行器的深空探測是一項巨大的考驗,這也注定了“天問一號”7個月的旅程,必然是充滿挑戰。

                  深空探測是繼衛星應用、載人航天之后又一重大航天技術發展領域,對測控系統提出了更新、更高、更嚴的要求。

                  在首次火星探測任務中,測控系統主要負責完成對探測器各飛行階段的測定、監視、控制,以及對著陸巡視器在火星表面探測階段的控制等任務。

                  中國電科發揮在歷次航天發射中積累的測控通信經驗,配備了系列測控設備,為火星探測器在茫?!靶浅酱蠛!敝袦y定軌保駕護航。

                  作為佳木斯深空測控站的總體單位,中國電科對測控站進行了研發升級,全力保障火星探測任務的完成。通過66米天線與另外兩個測控站協同配合,對探測器飛行軌道進行測量,保證探測器準確進入軌道。此外,通過發送指令,指揮探測器做變軌、打開太陽帆板、轉動天線、環繞器與著陸巡視器分離等動作,同時實時監測星上設備工作狀態,檢查探測器供電、溫度、氣壓等參數。在登上火星后,測控站還將負責完成拍照任務和數據的傳輸。

                  研制的多型測控系統,在探測器發射、火星環繞、著陸和巡視探測各個階段,執行地面遙控、遙測、高精度的目標導航、數據接收等任務,為首次火星探測任務提供堅實測控和通信技術保障。

                  與近地軌道相比,本次任務的最遠作用距離達到4億千米,數據信號較為微弱,且在任務過程中還會面臨影響探測精度的光和流層等因素干擾,為全力保障首次火星探測任務,中國電科進行了系列技術升級。

                  在接收數據信號方面,中國電科承研了70米天線高性能接收系統,建成后將為亞洲口徑最大的全可動天線,具備穩定接收微弱人造數據信號和感知極微弱宇宙自然天體輻射電磁波等功能,可實現宇宙深空探測器遙感數據接收和射電天文觀測科學研究,將為助力人類探索未知宇宙空間做出巨大貢獻。

                  作為靶場測量的超級“千里眼”,我國首部雷達探測和遙測一體化測量雷達,在試驗任務中陸海協同,承擔了外彈道測量任務,其不受運載火箭飛行及箭載設備工作狀態的影響,可以客觀準確地提供火箭的飛行軌跡數據,實時提供目標方位、俯仰角度信號、距離及速度信息,判斷火箭飛行狀況。為靶場定軌提供了精密的測量數據,用智慧電眼,照亮運載火星的飛天之路。

                  某頻段超大功率高功放樣機,實現了在深空測控領域該頻段超大功率連續波功率穩定輸出的能力,可將信號放大到額定功率后由大口徑天線發向衛星,實現遙控指令的送達,為后續深空站組網打下堅實的技術基礎。

                  此外,為克服光行時和流層延遲對深空探測的復雜影響,中國電科針對極其復雜的任務場景,制定詳細測量和信號獲取方案,為實現任務目標提供完備的測控通信支持。

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