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5月29日，天問二號搭乘長征三號乙Y110運(yùn)載火箭，開始了深空探測新征程。本次“旅行”，天問二號探測器將對小行星2016 HO3和主帶彗星311P開啟科學(xué)探測。
本次任務(wù)，中國電科作為工程副總指揮單位，配備測控通信、太陽電池陣、核心元器件等系列產(chǎn)品，全面保障“天問二號”的乘風(fēng)破浪探索之旅。
這次任務(wù)將是扇形柔性太陽電池陣的首次練兵。
在行星探測“旅途”中，天問二號探測器需脫離地球引力場，進(jìn)入太陽系空間和宇宙空間進(jìn)行探測，本次探測任務(wù)的其中一個(gè)目標(biāo)所在軌道與太陽間距將達(dá)到3.74億公里，較傳統(tǒng)繞地球衛(wèi)星與太陽之間的距離更遠(yuǎn)，進(jìn)而使得探測器接收到的太陽光光強(qiáng)以及探測器運(yùn)行環(huán)境的溫度均明顯低于傳統(tǒng)衛(wèi)星。
“也就是說，天問二號探測器運(yùn)行軌道環(huán)境處于‘低溫低光強(qiáng)’的狀態(tài)中，這對于受光強(qiáng)和溫度影響極大的太陽電池陣提出了更高的要求。”面對這種軌道環(huán)境，電科藍(lán)天技術(shù)人員全面評估太陽電池陣設(shè)計(jì)過程中可能遇到的問題，從單體電池研發(fā)、低溫低光強(qiáng)環(huán)境電池性能測試以及低溫輻照加固三個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新研究，研制出國內(nèi)首款新型低溫低光強(qiáng)太陽電池，光電轉(zhuǎn)換效率由29.5%提高至34%，同等面積下功率提升15%，又創(chuàng)新設(shè)計(jì)了扇形柔性太陽電池陣，兼具高收納比、長壽命、高可靠、輕量化等特點(diǎn)。
“這款太陽電池陣采用扇形展開圓形太陽翼結(jié)構(gòu)，我們在研制過程中充分考慮太陽翼收攏時(shí)的壓力問題，對各元器件的鋪設(shè)進(jìn)行扁平化處理，保證電池電路收攏和展開時(shí)的平整度。”技術(shù)人員表示，該型扇形柔性太陽電池陣，利用較小重量和體積代價(jià)，可實(shí)現(xiàn)高功率輸出和高展開剛度，與傳統(tǒng)剛性太陽電池陣相比，天問二號太陽電池陣體積比功率提高近5倍，能夠在低溫、低光強(qiáng)環(huán)境下保證較強(qiáng)發(fā)電，大大滿足探測器工作需要。
這次任務(wù)將是對我國深空探測能力的又一次重大突破。
“距離遠(yuǎn)、信號弱、延時(shí)大、頻段高，這是深空探測任務(wù)的最大挑戰(zhàn)。”網(wǎng)通院專家表示，為給天問二號探測器提供遙控上注、遙測接收、高精度導(dǎo)航、高速數(shù)據(jù)接收等通信支撐，他們研制的喀什4x35米深空天線組陣系統(tǒng)、阿根廷35米深空站等國內(nèi)外深空探測設(shè)備，將全程保障探測器發(fā)射、繞飛、著陸和返回等階段任務(wù)。
針對深空測控任務(wù)時(shí)間長、工作模式復(fù)雜、可靠性要求高等特點(diǎn)，技術(shù)人員采用了全新的層次化軟件監(jiān)控架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“有人值守、無人操作”的運(yùn)行模式。同時(shí)，系統(tǒng)配備了健康管理設(shè)備，具備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障診斷的能力，提高了設(shè)備的可靠性，保證任務(wù)的萬無一失。“海外建探測站，好處是可以極大增加探測器地面可視范圍，但是還需考慮數(shù)據(jù)回傳、遠(yuǎn)程監(jiān)控等行業(yè)難題。”針對這一情況，技術(shù)人員采用最新通信加速軟件和“平臺(tái)+插件式”軟件架構(gòu)，保證了遙測、數(shù)傳數(shù)據(jù)的快速傳輸，并能實(shí)現(xiàn)“國內(nèi)登錄、國內(nèi)控制、自動(dòng)運(yùn)行”的任務(wù)方式，極大增強(qiáng)任務(wù)可靠性。
本次任務(wù)中，相比天問一號伴飛火星4個(gè)月，天問二號伴飛小行星2016HO3時(shí)間更長。“更長的伴飛時(shí)間對測控設(shè)備穩(wěn)定性的要求更高，要保證能實(shí)時(shí)接收到數(shù)據(jù)，信號、指令得以向上發(fā)送，以及數(shù)據(jù)得以向下傳輸。”作為佳木斯66米深空測控站的總體單位，10所對測控站進(jìn)行了研發(fā)升級，全力保障探測任務(wù)完成。
“佳木斯66米深空測控站作為主力測控站點(diǎn)，在其他陸海測控站的配合下，發(fā)揮超強(qiáng)‘聽診器’‘遙控器’等作用，使航天器完成調(diào)整姿態(tài)、軌道修正、點(diǎn)火制動(dòng)等動(dòng)作。”面對復(fù)雜任務(wù)需求，為進(jìn)一步提高測控站通信性能，團(tuán)隊(duì)采用66米口徑的巨型拋物面天線和多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，確保天線不僅增益高，并且指得準(zhǔn)。同時(shí)升級基帶信號處理設(shè)備，對信號進(jìn)行穩(wěn)定可靠的跟蹤解調(diào)和高編碼增益信道譯碼處理，達(dá)到對天問二號的“精測妙控”。
此外，本次任務(wù)操作涵蓋降落、取樣、返回等環(huán)節(jié)，對地面通信系統(tǒng)要求更高。“當(dāng)天問二號運(yùn)行至任務(wù)后期，探測器距離地球很遠(yuǎn)，信號很弱，數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)低于天問一號任務(wù)中探測器著陸火星后的直接對地通信數(shù)據(jù)速率，這對地面信號接收能力提出了更高要求。”基于此，團(tuán)隊(duì)成員運(yùn)用先進(jìn)信號與信息處理技術(shù)，進(jìn)行信號相位跟蹤和相關(guān)解調(diào)。同時(shí)，采用不同以往任務(wù)的測距體制，能夠充分利用信號功率，降低距離捕獲時(shí)間，完美契合本次任務(wù)需求。
這次任務(wù)將是對核心元器件的又一次能力升級。
天問二號探測器要在漫長的星際旅行中，完成復(fù)雜的探測任務(wù)，離不開中國電科提供的各種核心元器件的技術(shù)支撐。
配套的數(shù)種20余只壓力傳感器對結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行全面升級，49所技術(shù)人員在滿足結(jié)構(gòu)合理性和力學(xué)強(qiáng)度前提下，進(jìn)行了充分減重和接頭扣槽設(shè)計(jì)，打破同類產(chǎn)品重量極限，提高了傳感器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了傳感器高可靠性。43所配套的多款抗輻射高可靠厚膜電源及濾波器，實(shí)現(xiàn)多技術(shù)突破，能長期在高溫、低氣壓、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣環(huán)境下正常工作，為火箭和天問二號探測器各功能單元提供穩(wěn)定供電。
配備的系列宇航用特種線纜，具有柔軟性好、外徑小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高低溫、耐空間輻射、耐原子氧等特點(diǎn)，滿足型號嚴(yán)苛復(fù)雜環(huán)境下的使用要求。面對深空極端惡劣環(huán)境，23所研制的CSPL系列電線電纜，以其優(yōu)異的耐高低溫和耐輻照性能，首次應(yīng)用于深空探測任務(wù)。9所為天問二號配套研制的數(shù)款產(chǎn)品，以優(yōu)良的性能，應(yīng)用于探測器系統(tǒng)中測控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)，為信號的順暢傳輸提供堅(jiān)實(shí)支撐。
