2022年元旦，國家航天局發布我國首次火星探測任務天問一號探測器從遙遠火星傳回的一組精美圖像，向全國人民報告天問一號平安，致以節日問候。

新作品，報平安

本組圖像包含環繞器與火星合影、環繞器局部特寫、火星北極冰蓋、祝融號火星車拍攝火面地貌等內容，展示環繞器、祝融號火星車工作狀態及獲取的火星表面形態。

環繞器與火星合影

圖像中環繞器正飛過火星北極區域上空。環繞器本體呈金色，與地面進行高速數據通信的定向天線呈銀色，太陽翼和雷達天線展開狀態良好。火星上的白色區域為覆蓋在北極的“冰”原，與地球兩極的冰不同，火星的“冰”由干冰（固態二氧化碳）和水冰組成。火星下方暗色區域為火星奧林匹亞沙波，左上角亮色的環形坑名為科羅廖夫坑，其余紅色和暗色區域為裸露地表。

環繞器局部特寫

圖像中環繞器一側太陽翼完全展開且姿態穩定。一根展開的次表層探測雷達天線與太陽翼平行，磁強計伸桿向環繞器左上方伸出。

火星北極冰蓋

圖像展示了火星北極冰蓋，層理清晰可見。經過常年沉積和消融，呈現出以極點為中心的白色冰層和裸露地表組成的環形螺旋狀地貌。

祝融號火星車拍攝的火面地貌

該圖像由祝融號火星車近期利用導航地形相機獲取的3幅圖像拼接鑲嵌而成，圖中可以看到環形坑、石塊等火星典型地貌。

截至2021年12月31日，天問一號任務環繞器在軌運行526天，當前距離地球約3.5億千米，通信時延約19.5分鐘；火星車在火星表面工作225個火星日，累計行駛超過1400米。目前，天問一號任務正在按計劃開展探測和相關測試，共傳回約560GB原始科學數據，兩器狀態良好，運行正常。

“失聯”一個月

圓滿通過日凌考驗

也許很多人不知道，9月下旬至10月中旬，天問一號處在日凌階段，曾與地面“失聯”近一個月。

傳統意義上的日凌，是針對通信衛星提出的。每年的春分和秋分時節，從地球上看，太陽恰好與通信衛星重合。太陽每時每刻都在發射大量雜亂無章的無線電信號，在強大的太陽面前，衛星信號猶如燭火一般不值一提。這會導致地面接收出現異常，例如我們家庭里的電視會信號不穩定，出現“雪花”屏或藍屏。

火星距離地球很遠，兩者距離一直在5500萬至4億千米之間周期性變化。所有的火星探測器都需要采用強大的通信技術、配置復雜的通信設備，例如火星環繞器就配置了由超高靈敏度深空應答機、2.5m口徑定向天線、復雜微波網絡等設備組成的通信系統。然而即使如此，也無法對抗太陽超強的電磁輻射。當太陽位于火星與地球之間時，火星探測器與地球之間的無線電通信將受到干擾而失去聯系。這就是火星探測中的“日凌”。

根據天體運動規律，火星、地球每隔26個月將會分列于太陽兩側，三個天體近似連成一線。2021年9月中旬至10月下旬便是這樣一個時期，在火星工作的包含美國、歐洲、印度的全部火星探測器在此期間都會與地面失去聯系，中國的天問一號火星環繞器和祝融號火星車也不例外。簡而言之，它放假了！

日凌期間，地面對天問一號的狀態一無所知，這對天問一號的自主控制能力提出了較高的要求。

火星環繞器團隊于2021年9月中旬，通過地面指令將環繞器設置為自主安全穩態管理模式，即“日凌模式”。在進出日凌期間，地面每天接收火星環繞器狀態遙測。隨著火星、地球與太陽相對位置的移動，火星環繞器對地無線通信經歷了受到干擾、出現中斷、逐漸恢復的過程。2021年10月中旬，器地通信恢復，任務團隊經過評估，確認火星環繞器狀態良好，通過地面發令形式，正式將器上狀態設置為“出日凌”。這標志著火星環繞器順利完成了一月有余的全自主飛行，圓滿通過了日凌考驗。

“摸魚”結束

環繞器進入遙感使命軌道

2021年11月8日，“天問一號”環繞器成功實施第五次近火制動，準確進入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。

前期，“祝融號”火星車已在火星表面工作174個火星日，累計行駛1253米，圓滿完成既定巡視探測任務目標，各項狀態良好。綜合考慮環繞器全球遙感探測和火星車中繼通信需求，工程研制團隊優化了軌道設計，確定了近火點約265千米、遠火點約1.07萬千米、周期約7.08小時的遙感軌道方案，在保證開展環繞科學探測的同時，為火星車提供更多的中繼通信支持，提升任務開展的效率。

在遙感軌道，環繞器中分辨率相機、高分辨率相機、次表層探測雷達、礦物光譜分析儀、磁強計、離子與中性粒子分析儀、能量粒子分析儀等7臺科學載荷，將獲取火星形貌與地質構造、表面物質成分與土壤類型分布、大氣電離層、火星空間環境等科學數據，重點關注隕石坑、火山、峽谷、干涸河床等典型地貌和地質單元，實施高分辨率探測。

“結識歐洲小伙伴，還發了微信”

在軌中繼通信試驗成功

2021年11月，“天問一號”還與歐空局“火星快車”任務團隊合作，開展了“祝融號”火星車與“火星快車”軌道器在軌中繼通信試驗，取得圓滿成功。

試驗前，雙方向各自探測器上行指令做好試驗準備。在約定時刻，由“祝融號”向“火星快車”發送測試數據，通信距離約4000千米，通信時長10分鐘。“火星快車”接收數據后轉發給歐空局所屬深空測控站，測控站接收后發送給歐洲空間操作中心（ESOC），ESOC再轉發至北京航天飛行控制中心，由中方技術團隊解譯后，判讀數據的正確性。試驗過程如圖所示。

受重量和體積約束，火星車直接對地通信能力較弱，無法滿足大量數據傳輸需求，因此需要將數據發送給距離較近的火星軌道器，由通信能力更強的軌道器轉發給地面接收系統，這個過程稱作中繼通信。

一般情況下，在建立中繼通信前，軌道器會先向火星車發送一個“發起”信號，隨后火星車回復“確認”信號，然后雙方建立穩定的雙向中繼通信鏈路，就像朋友打電話需先撥通電話一樣。由于“火星快車”發射頻率與“祝融號”接收頻率不匹配，不能通過“撥通電話”的方式建立通信鏈路。“祝融號”發射頻率與“火星快車”接收頻率匹配，因此雙方需要事先約定好通信時間，由“祝融號”直接發送數據，“火星快車”進行“盲收”，有點類似于微信的通信方式。

“火星快車”軌道器具備“盲收”功能，但在過去十多年里一直沒有機會實際使用該功能。歐空局表示，此次試驗是“火星快車”在軌驗證“盲收”模式的很好機會。

根據數據判讀分析結果，雙方任務團隊確認“祝融號”和“火星快車”配置的中繼通信設備接口匹配，符合國際標準，傳輸數據內容完整正確，試驗取得成功。

后續，雙方將在本階段試驗的基礎上，進一步開展科學數據中繼通信合作。

雖然我們不常仰望星空

但是偶爾抬頭一看

天問一號和小祝融

總能帶來驚喜呢！

資料：上海新聞廣播

編輯：黃璐潔

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