牛年将至,就在“原年人”响应号召就地过年的同时,一位孤独的“游子”将在另一颗星球度过第一个春节。它正是执行我国首次火星探测任务的天问一号。离开“家乡”地球半年多了,它的身体很健康。就在刚刚,天问一号探测器实施近火捕获制动,开启了环绕火星之旅。在遥远的“家乡”,无数人牵挂着这位“异星”过年“游子”的一举一动,其中就包括中国科学院上海天文台甚长基线干涉测量(VLBI)测轨分系统团队。

“火眼金睛”为你护航

7月23日12时41分,天问一号搭乘“胖五”离开了家乡的怀抱,奔向遥远的火星。从天问一号发射开始,VLBI测轨分系统就瞪大“眼睛”,关注起天问一号的变化。中科院上海天文台研究员洪晓瑜告诉记者,VLBI是天问一号在各个测控段精密测定轨必不可少的手段,特别是在巡航段、火星捕获段、着陆降落段、科学探测段等关键弧段发挥着至关重要的作用。

守护“异星”过年的你 上海天文台春节连续作战陪伴天问一号环火之旅-LMLPHP

图说:7月23日,长征五号遥四运载火箭点火升空,我国首次火星探测任务开始 新华社 发

对于VLBI的大名,相信你已经在我国各项航天任务中听了很多遍了。VLBI测轨分系统由北京站、上海站、昆明站和乌鲁木齐站,以及位于上海天文台的VLBI指挥调度和数据处理中心组成。这样一个网所构成的望远镜分辨率相当于口径为3000多千米的巨大的综合口径射电望远镜,测角精度可以达到千分之几角秒,甚至更高。对中国航天来说,VLBI可谓功勋卓著——作为重要的“导航装备”之一,它从探月开始“加入编队”,已经圆满完成嫦娥“五姐妹”等测定轨任务。

“自天问一号发射之日起至8月6日,我们利用VLBI测轨分系统每天执行测定轨任务。此后至今年1月31日进入巡航段,我们每两至三天观测一次。在这半年多的时间内,天问一号探测器历经3次轨道中途修正以及1次深空机动。”洪晓瑜介绍。在这期间,团队还要“分心”嫦娥五号和嫦娥四号中继星“鹊桥”的观测,即使人手再紧张,大家也克服困难,保证掌握天问一号的动态。

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图说:天问一号奔向火星 来源/中国探月工程

善其事必先利其器

作客火星,可要比“嫦娥奔月”遥远上千倍。这对VLBI系统提出了更高精度的要求。“同样角度的时延误差,到月球上可能就是几米的差距,而放大到火星轨道上则是几公里的偏轨。”中科院上海天文台研究员刘庆会说。这可是真正的“差之毫厘,谬以千里”,如果精准度不能大幅提高,那对远行的“游子”来说,就成了不能承受之痛。

工欲善其事,必先利其器。在天问一号“问天”前,VLBI分系统团队做足了准备。他们克服疫情带来的不便,完成了40多台套的软件和硬件的研发,分别布置于四个测站和VLBI中心,如VLBI中心的火星探测VLBI数据处理系统和定轨定位系统,四个测站的致冷接收机、前置型数据采集终端、基准信号锁相传输系统、GNSS接收机、氢原子钟、水汽辐射计等。“这些软件和硬件的研发,能够进一步提高观测装置的测量精度和可靠性、大气和电离层时延的改正精度,更好地完成火星探测器的VLBI测定轨任务。”

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图说:上海天文台VLBI中心 采访对象供图

截至2月10日,VLBI测轨分系统共进行了106次观测,VLBI时延测量精度0.1纳秒,比任务要求提高了一个量级。时延率(指时延随着时间的变化)的测量误差不超过每秒0.3皮秒,同样远优于技术指标要求。“这既满足了火星探测器测定轨需求,也为后续火星采样返回、木星探测和其他小行星探测VLBI测轨打下了良好基础。”刘庆会自豪地表示。

强信号传回“游子家书”

牛年新春,VLBI测轨分系统团队的科研人员,或许和休息无缘了。每天12时至凌晨零时,他们都将坚守岗位,为“异星过年”的天问一号保驾护航。洪晓瑜说,整个2月的测控弧段很重要,VLBI测轨分系统也到了任务最关键的时刻,要保证每天观测,支持天问一号探测器完成1次平面机动以及3次近火制动等动作。

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“要说和探月工程观测时的最大区别,那还是距离造成的。”刘庆会解释,“嫦娥‘五姐妹’的一举一动,几乎可以实时看到。但天问一号收到家乡的‘问候’就要600多秒,再‘回信’又是600多秒。”这1300秒或许对普通人来说并不长,但对于团队成员而言,着实难熬。

火星的这个新年注定不平凡,它不得不史无前例地迎接三位远道而来的客人。阿联酋的“希望”号先发先至,在10日凌晨已成功进入环火轨道。美国的“毅力”号预计在北京时间2月18日晚间到火星“拜年”。这几天,VLBI中心的大屏幕上,已陆续出现探火“小伙伴”的信号。大家“集体拜年”,是否会对天问一号的探测造成干扰呢?刘庆会表示,影响虽然有,但并不大。

远行的“游子”可不舍得让家乡的亲人找得太苦,天问一号自身的信号就足够强,让科研人员能轻松收到“家书”。如果有干扰,科研人员还能通过接收信号的带宽调节和数据处理,将其他信号“拒之门外”。“我们对天问一号的轨道计算过预测值,对准后在做信号处理的时候会加强,而对他国的信号会减弱。”刘庆会说。

天问一号,新年快乐!VLBI测轨分系统团队的科研人,新年快乐!

02-10 21:08