火星無法滿足胃口！天問一號飛船發射在即，又添兩款宇宙重器

　　東方紅一號人造衛星、神舟五號載人飛船、嫦娥一號繞月衛星是我國航天史上的三座里程碑，今年7月長征五號遙四運載火箭將在海南文昌發射場搭載天問一號火星飛船升空，此次發射是我國首個行星探測任務，成功后毫無疑問將成為中國航天的第四座里程碑。

　　

　　天問一號火星飛船

　　縱觀我國各項重大航天工程都有一個鮮明特點，就是起步晚、起點高、速度快。俄羅斯航天局局長曾對嫦娥一號繞月衛星有如此感嘆：我們用10年完成的工作，中國同行只用兩三年就完成了。

　　不僅嫦娥探月如此，載人航天、北斗導航、高解析度對地觀測等一系列工程皆是如此。例如，載人航天工程中我們只用11艘神舟飛船、1艘貨運飛船、兩座空間實驗室就攻克了建造大型空間站所需的大部分技術，而美國實現這一目標的發射任務量是我們的兩倍不止。如今正在快速推進的天宮空間站更是由最初的「一居小戶型」演變為具有國際領先水平的「大三居」。

　　

　　天宮空間站

　　我們之所以能夠有如此迅猛的突破總結起來有三點原因：1.時間上的后發優勢；2.全球配套最齊全工業鏈條；3.強大的國力。

　　后發優勢條件下一系列新技術得以應用，高效率推進工程突破，工業鏈條與強大國力支撐讓我們有條件有能力去實現更高目標。

　　

　　天問一號飛船火星車行駛測試

　　天問一號火星飛船也是如此，通過一次發射即可實現繞、落、巡火星三大工程目標。以軟著陸的國產火星車為例，該車體格比勇氣號、機遇號更大，意味著越障能力、行駛速度等硬指標明顯優於後者，同時進一步拓展了蠕動與蟹行功能，綜合技術水平大幅度領先於勇氣號與機遇號。

　　以勇氣號、機遇號發射部署時間計算，天問一號任務的成功實施將使我們一步跨過美國半世紀探火歷程。

　　一步跨過美國半世紀探火歷程背後則是深空探測體系能力整體躍升，之前有不少人對印度發射曼加里安號繞火衛星，以及日本隼鳥系列小行星探測器耿耿於懷，事實上這兩個項目如果沒有美國深空測控網支持是不可能成行的項目。

　　

　　美國深空測控站

　　此前也有人以為我國遲遲不開展火星探測是因為火箭運力不夠，而事實並非如此。長征三號乙火箭可以輕鬆發射3倍於印度曼加里安號的繞火衛星，通過兩次發射同樣可以實現天問一號火星飛船的發射任務。

　　早在嫦娥二號任務時當時設計人員就想讓這艘探測器飛往火星，但最終沒能成行，原因不是火箭，而是因為當時深空測控網並沒有做好準備。

　　

　　嫦娥二號拍攝的月球讓森K環形坑

　　如今我們之所以敢於大手筆嘗試難度最高的繞、落、巡火星任務的原因，就是我們已經建成僅次於美國位列世界第二的深空測控網。

　　深空測控網最佳布站方案是每隔120度經度，緯度在南北緯30至45度之間。我國則充分利用國土東西跨度，在疆域西端的喀什以及東端的佳木斯興建了兩座深空測控站。

　　

　　佳木斯深空站64米口徑射電天線

　　喀什站有一座35米口徑天線，佳木斯站則是64米大口徑天線，測控距離可以觸達火星。兩座深空站在嫦娥二號任務時初步投入使用，這說明嫦娥二號團隊當時想去火星的提法並非沒有根據，只是因為兩座深空站剛剛投入使用處於初期試驗階段，因此沒有貿然選擇火星。

　　在後續嫦娥三號、四號任務中我們在阿根廷興建的薩帕拉海外深空站也投入使用，與國內兩座站點構成了我國的全球深空測控網，對深空航天器測控覆蓋率達到了90%。

　　

　　薩帕拉海外測控站

　　近日，深空測控領域又傳來了兩則喜訊，首先是喀什深空站3座35米口徑天線陣已經完成建設，正在進行最後的調試工作，再就是天津武清70米口徑高性能接收天線GRAS-4完成了反射體整體吊裝，這兩處天線設施都將為天問一號火星飛船提供測控服務。

　　

　　GRAS-4天線反射體吊裝

　　GRAS-4高性能接收天線的落成同時也是「基建狂魔」實力的一次外溢，該天線為輪軌式全可動卡塞格倫天線，總重2700噸，相當於兩艘056型護衛艦，主反射面直徑70米，由16圈共1328塊高精度實面板組成，面積堪比9個籃球場，天線工作在S、X、Ku頻段。

　　

　　喀什測控站深空天線組陣

　　GRAS-4項目工期緊任務重，要求兩年之內完成從設計到接收的全部流程，為了滿足項目要求，承建方與天線研製方採取土建工程與天線研製同步進行方案。

　　剛剛完成的反射體吊裝重量就高達數百噸，可以說這個項目是「基建狂魔」與電子技術飛速躍升的融合體，按照計劃GRAS-4型70米口徑天線將於今年10月完全具備火星探測數據接收能力。

　　為什麼在我們已經具備火星測控能力之際還要興建這兩處天線設施？

　　

　　GRAS-4型70米口徑全可動射電天線

　　首先，喀什深空站原先只有一座35米口徑天線，不論是天線接收信號的靈敏度，還是指令信號發射能力都不及佳木斯站64米口徑天線，而新建的三座35米口徑天線，將與原有一座35米口徑天線進行組陣使用，可以實現與佳木斯深空站一樣的測控能力。

　　其次，天津武清70米口徑天線並非深空測控網所屬天線，而是屬於中國國家天文台所有的VLBI天文觀測網天線，但它同樣將用於天問一號火星任務測控。

　　

　　嫦娥一號繞月衛星

　　VLBI天文觀測網早在嫦娥一號任務時就已經開始為深空測控服務，當時我國航天只有USB測控系統，其最遠測控距離不超過8萬公里，主要服務近地軌道以及地球同步軌道衛星，難以覆蓋38萬公里月球軌道。任務團隊提出可以基於我國VLBI天文觀測網優異的航天器測角能力，結合USB測控系統的測速測向功能，組成聯合測控網，就可以準確計算出嫦娥一號衛星的空間三維位置。

　　現如今不論是航天系統所屬深空測控網，還是天文系統的VLBI天文觀測網都已經是兵強馬壯，在70米口徑天線建成之前，上海天文台也已經有65米口徑天馬射電天線，同時烏魯木齊、昆明等地還有40米、50米等多部大口徑天線。

　　

　　上海天馬射電天線

　　在新天線設施興建之前，我國深空測控網就已經擁有觸達冥王星以及太陽系邊際空間的能力，曾先後於2015年6月11日、2017年5月19日對飛越冥王星的新地平線號探測器，以及墜入木星的朱諾號探測器成功進行了數據接收試驗。現如今隨著新天線設施的加入，我國深空測控實力將得到進一步夯實。

　　

　　墜入木星的朱諾號探測器

　　要知道在第五個中國航天日定名的天問一號火星探測任務是從屬於天問行星探測工程，這是一個系列探測工程，這些天線設施的確要用於火星項目，但它們的目標與能力卻遠遠不止於火星。

　　2022年我國還將要發射小行星-彗星探測器，2028年計劃發射火星採樣返回飛船，2030年還有木星系探測，後續還有太陽系邊際探測任務，這些深空探測任務統稱為「天問行星探測工程」。

　　

　　國產小行星探測器為期十年的太空流浪

　　我國深空測控系統也必將伴隨著任務距離的拓展而繼續壯大，目前新疆昌吉州奇台縣正在建造110米口徑全可動天線，建成后將超越美國綠岸全可動天線，一舉使我國深空測控裝備的技術水平問鼎世界巔峰。在服務航天器測控的同時，它還將在天文宇宙觀測與搜尋地外智慧生命領域發揮關鍵作用，日益強大的深空測控能力用實際行動宣示著我們將如何踐行星辰大海的夢想。