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专家揭秘:国产“千里眼”如何助力天问一号安全着陆火星

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发表于 2021-5-16 21:06:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

央广网北京5月16日消息(记者张棉棉)据中心广播电视总台中国之声《消息晚高峰》报道,5月15日,天问一号火星探测器乐成着陆在间隔地球亿万公里外的火星乌托邦平原。此次火星探测是我国首次独立开展的行星星际探测任务,旨在通过一次发射实现对火星的围绕、着陆和巡视。作为位置和速度测量的重要手段,相控阵敏感器在着陆阶段,为航天器提供了怎样的高精度测量数据?又怎样乐成助力着陆巡视器安全着陆火星表面?

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据先容,相控阵敏感器安装在火星着陆巡视器进入舱着陆平台的下方,作用范围达十几千米,可谓火星探测器的太空“千里眼”,和其他差别原理的测量敏感器一起,密切配合,“接力”引导探测器安全落地。具体而言,相控阵敏感器在探测器进入火星大气后,距火星表面约7km高度时开始工作,连续提供相对于火星表面多个方向的间隔、速度数据,用于探测器的减速、悬停和软着陆控制,直至着陆巡视器降落至火星表面约5米处。

探测器从约125公里处高空进入火星大气,时速高达每秒5.9公里,要在短短九分钟内,让探测器的速度降低到零,是火星探测任务中技能难度最大、失败概率最高的关键时刻。中国航天科工二院25所相控阵敏感器总工程师孙武先容,此时,就到了相控阵体制雷达大显身手的时候,这是国内首次将相控阵体制雷达应用于地外天体着陆测量。

孙武说:“与此前的载人航天工程任务差别,火星和地球之间间隔漫长,通信存在十几分钟的延迟,在地球上无法控制着陆过程,必须让着陆巡视器自主完成这‘玄色九分钟’的旅程,对敏感器提出的要求极为苛刻。相比于国表里已有的着陆测量雷达,相控阵体制的雷达天线由多个辐射单元组成,就像生物学中蜻蜓的复眼,具有波束扫描快、指向机动、目的容量大、抗干扰本领强等特点。”

据相识,这个相控阵敏感器能在预设的9个方向上恣意快速切换,通过软件界说,在每个测量周期及时选取4个最优方向,测量间隔速度信息,从而快速修正探测器的姿态测量误差,准确找到火星的程度面,确保着陆器的方向控制准确无误。中国航天科工二院25所相控阵敏感器主任筹划师刘佳先容,火星着陆巡视器在下降过程中,会履历多种工作环境。与之前落月任务相比,由于火星重力比月球大,着陆下降加速度会更快,必要利用火星大气举行降落伞减速。在高速下落过程中打开降落伞,探测器会因减速冲击发生剧烈摆动,这是影响着陆成败的关键时刻。

“这一瞬间,在相控阵敏感器的测量方向上,间隔会有很大的变化,同时部门测量信号会打到地平线以上,出现检测不到目的的环境。对相控阵敏感器来说,就像在快速荡秋千,眼睛要看清地面一页纸上写的字。”刘佳说。

而相控阵体制具有测量速度快、受干扰影响小的特点,可以大概在摆动过程中快速准确测量,同时,探测器可以通过软件切换测量方向,选用可探测到地面的方向信号,为着陆乐成提供了刚强保障。

孙武表示,火星上时常会发生剧烈的尘暴天气,在巡视着陆器靠近火星表面时,探测器发动机喷射也会激起地面的粉尘和沙砾,对探测传感器造成影响。但相控阵敏感器的微波信号体制应对这种环境则具有天赋的相对优势。

“在这个条件下,产品(相控阵敏感器)在信号频段选择上做了充实的对比和论证,采用多种算法举行了综合优化,并在戈壁戈壁通过直升机气流模拟试验了在沙尘暴天气中的工作状态,确保测量的可靠性。”孙武说。

相控阵敏感器还采用了瓦片式收发模块高密度集成,大幅提高了小型化、轻量化程度。中国航天科工二院25所筹划师贾学振说:“相当于用1套装备完成9套传统装备的功能。这意味着航天器可以携带更多科学载荷和燃料,完成更多的探测任务。”

依托我国首次火星探测任务,相控阵敏感器首次乐成实现了地外天体着陆测量,性能稳定、表现美满。相控阵敏感器这些独特的本领全部都是我国科研工作者独立研发的,这背后是航天人们持之以恒地付出。

孙武说:“科技创新这条路,一定会有坎坷,但必须要对峙走。”


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