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祝融号一张高清图要传半个月,通信能力却是世界领先,这是为何?

搜狐中文网 https://www.sh98.cn 2021-05-27 09:56 出处:网络 编辑:@河南在线
原标题:祝融号一张高清图要传半个月,通信能力却是世界领先,这是为何?

原标题:祝融号一张高清图要传半个月,通信能力却是世界领先,这是为何?

祝融号火星车如果向地球直接传输类似图一这样一张高清彩色照片理论上需要半个月时间,基于火星车直接对地通信能力完成一张高清照片传输需要8个小时的数据传输,而受火星自转影响地火直接通信窗口每天只有半个小时,所以换算下来就是半个多月时间。鉴于直接对地传输效率过低,因此地火直接通信任务舍弃了图片传输功能。

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祝融号导航相机拍摄火星车车体

那么,这是否意味着通信功能的低下?恰恰相反,祝融号通信能力事实上已经居于世界火星探测领域的领先水平。

在天问一号着陆巡视器与环绕器分离的瞬间,前者就丧失了对地球进行高码速率数据传输的能力,随后进入舱在3个多小时的自主降轨飞行以及约9分钟的火星登陆任务过程中,环绕器会接收来自进入舱的遥测数据,并将数据打包贮存起来,尔后择机回传地球。

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着陆巡视器与环绕器分离

祝融号登陆火星表面后通过X频段定向天线与地球深空测控站直接建立通信链路,但受限于火星车定向天线尺寸与功率,该通信链路只能传输基础的遥测数据。正是基于遥测数据判读,15号当天我们就确认了登火任务的成功。

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基于遥测数据确认祝融号登火成功

环绕器与着陆巡视器分离后随即升轨回到原来的停泊轨道,尔后择机实施第四次近火制动,并于17日进入运行周期8.2小时的中继通信轨道。当天祝融号火星车就和环绕器建立了中继通信链路,地球上的深空站也接收到了大量遥测与图像数据。

祝融号火星车总共配置有两部天线,一个是车体后部带有指向能力的X频段定向天线,另一个是车头相机桅杆右侧的UHF全向天线。定向天线码速率高于UHF全向天线。

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X频段定向天线

具体通信策略如下:

1.火星车遥测数据由X频段定向天线直接回传地球;

2.火星车中继通信主要依靠码速率较低的UHF全向天线,每天两个10分钟的中继通信窗口,一个在白天,一个在黑夜。

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UHF全向天线(地面验证车)

白天时段环绕器处于远火弧段,距离较远,码速率低,只能用于遥测数据传输。

夜间时段环绕器处于近火弧段,距离较低,码速率高,可以传输图像数据。

数据传输能力随两器距离的变化而变化。

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环绕器高增益定向天线

3.火星车定向天线与环绕器建立中继通信链路,由于天线桅杆指向功耗较大,因此该手段并不是日常选择,它可以用于量级较大的科学探测数据的中继传输。

环绕器进入中继轨道后数据传输就相对方便得多,比如本月22号祝融号火星车驶离着陆平台至火星表面,当天地球深空站就接收到了避障相机拍摄的大批图像。

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祝融号驶离着陆平台至火星表面

这也是为什么NASA毅力号火星车登火当天就可以发布图像数据的原因,他们在环火轨道上有3+1颗中继通信卫星,分别是奥德赛火星探测器、火星勘测轨道器、火星大气与挥发物演化探测器,以及欧空局的火星快车号探测器,规模可观的环绕器阵容也使得毅力号可以直接登陆火星,而无需携带环绕器。

反观我们,天问一号着陆巡视器实施登火行动时,且不说环绕器只有一颗,就连这仅有的一颗环绕器都还没有在中继通信轨道就位。

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火星勘测轨道器

这只能说明两家火星探测的家底不同,并不代表探测器通信能力的强弱。根据叶培建院士此前披露,祝融号火星车不论是对地球通信码速率还是对环绕器通信码速率都达到了世界领先水平。

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祝融号前避障相机拍摄驶离着陆平台画面

天问一号环绕器也不会一直待在中继通信轨道,它只会在此待三个月,三个月后还要再次实施近火制动进入轨道高度更低的遥感轨道,开始执行为期两年的火星全球遥感科学探测任务,为后续火星探测任务积累数据,比如2028年我们将实施人类首次火星采样返回任务。

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天问一号及环绕器轨控计划

这也是为什么祝融号火星车设计寿命是三个月的原因,当然这只是设计寿命,实际寿命还得看火星车的具体状况。

届时祝融号地火中继通信次数将大幅度减少,但可以借助欧空局的火星快车卫星进行中继通信,从而继续进行火面探测。待进入火星秋冬季后进入休眠模式,一年多后环绕器结束遥感探测任务可以重返中继通信轨道,继续服务祝融号火星车的地火中继通信。

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