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“天问一号”即将抵达火星 专家揭秘“超级望远镜”1.9亿公里外的高难度观测
发布时间:2021-03-22 来源:航空航天科学技术 访问:

  中新网上海2月3日电 (郑莹莹)“‘天问一号’即将抵达火星,VLBI测定轨也到了关键时刻,2月1日至28日我们连续观测28天,以支持完成近火捕获等各种动作。”中国科学院上海天文台研究员刘庆会近日在微信朋友圈悉数最新工作并附上一句:每到紧张时刻就睡不着,各种可能的问题思来想去。

  刘庆会之所以如此“紧张”,是因为自2020年7月23日开启中国首次自主火星探测任务以来,历经数月“宇宙旅行”的天问一号探测器即将进入挑战重重的关键阶段——火星捕获。

  “天问一号”飞行过程包括发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和科学探测六个阶段。根据中国航天科技集团发布的消息,截至1月3日6时,天问一号火星探测器已经在轨飞行约163天,飞行里程突破4亿千米,距离地球接近1.3亿千米,距离火星约830万千米。按计划,天问一号探测器预计2月10日左右在临近火星后实施近火制动,俗称“刹车”减速,被火星捕获,进入环火轨道,成为火星的一颗卫星,为着陆火星作准备。

  刘庆会在接受中新网记者专访时透露,目前“超级望远镜”团队已经观测(天问一号探测器)近100次,测量精度达到0.1纳秒,其观测的方式是:通过中国四地组成的“超级望远镜”,以银河系外的射电源为参照物,探知天问一号探测器的位置。他解释,这些射电源经天文学家几十年的测量,位置准确已知,并且与天问一号探测器相对于地球的方位角离得较近,其信号几乎以同路径到达“超级望远镜”,有利于我们计算探测器到达地球望远镜的各种延迟。

  “超级望远镜”实际上名叫VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)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数据处理中心组成,这样构成的望远镜相当于把几个小的望远镜联合起来,在分辨率上达到口径为3000多千米的巨大综合口径射电望远镜的观测效果。VLBI测轨分系统参与“天问一号”地火转移、火星捕获、离轨着陆等阶段的测定轨任务。

  刘庆会说,“高精度测定轨”十分重要,比如从地球出发到火星的巡航阶段,火星在“跑”,地球也在“转”,探测器还要往前“跑”,因此需要每时每刻准确地知道探测器相对于地球、相对于火星的位置,才能确保探测器一直往火星方向飞,而不是飞偏了。

  尽管“超级望远镜”已参加过“月球探测任务”,但刘庆会告知,此番“火星探测护驾”仍有其独特难点。

  难度一,距离遥远。“超级望远镜”已参加过嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥四号和嫦娥五号的测定轨任务,但火星探测任务像长跑,火星最远的时候距离地球超过4亿公里,约是地月距离的1000倍。刘庆会告知,即便是火星捕获阶段,探测器距离地球也有约1.9亿公里,与探月任务时的38万公里距离相差大概500倍,“一个小角度的测量误差,对应到月球的位置误差可能不大,但对应到火星的位置误差就非常大了,难点就在于这里,因此我们研发了数十台套软件和硬件,大幅度提高测量精度。”

  难度二,动作复杂。刘庆会说,天问一号探测器在2月将进行若干次轨道修正,而后被火星捕获,但捕获后并非直接进入一个最终轨道,而是需要经过多次变轨和捕获等复杂动作,逐步缩小椭圆轨道,因此“超级望远镜”需要在2月1日至2月28日连续观测,工作人员每天要观测十几个小时。

  难度三,国际“视野”。刘庆会说,被火星捕获后,“天问一号”的观测还将增加难度,因为那里已有美国、欧洲的一些火星探测器,“超级望远镜”需要更加准确地从中识别中国探测器的信号,予以观测,并克服信号的相互干扰问题。另外团队还需要估算探测器“跑”到火星背面的阶段,以合理安排观测,尽快捕获信号。

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