vlbi 成功着陆！关于火星探测的所有问号，这篇文章都给你拉直( 四 )
探测器进入近火制动段时，地火距离一般达到数亿千米，与月球探测器被捕获时的38万千米相比，距离增加了数倍。比如，VLBI时延测量误差1纳秒（0.3米），在3000千米的基线长度上，对数亿千米远的火星探测器在垂直于视线方向上的单点测轨误差约为几十千米，远大于视线方向的测距误差。VLBI时延测量精度的提高是火星探测器测定轨精度提高的关键环节。
为了提高VLBI时延测量精度，火星探测时一般差分单程定位（Delta Differential One-way Ranging; Delta-DOR）技术进行测控。测距、测速技术的目的是测量目标的视向距离和速度，而Delta-DOR技术则是测量目标的横向位置。1998年 “火星气候轨道器”的失败清楚的表明了Delta-DOR技术对于深空探测器跟踪测轨的重要性。由于未使用VLBI技术，未能及时发现切平面误差增大的致命缺陷，最终任务失败。因此如果测控技术不是很成熟的话，探测火星的风险很大。
在“嫦娥三号”等任务中，利用由上海站、北京站、昆明站和乌鲁木齐站以及位于上海天文台的VLBI数据处理中心组成的VLBI测轨分系统，和差分单程定位技术，将VLBI时延测量误差降至1纳秒以下。结合测速和测距数据，着陆器月面测定位和环月段的测定轨误差约50米，地月转移段和近月制动段的测定轨误差参数100米[1]。
差分单程定位型技术适合于单个探测器测定轨，而同波束VLBI技术则适用于多个探测器的精密测定轨。所谓同波束干涉测量技术（Same Beam Interferometry, SBI），即用射电望远镜的主波束同时接收两个（或多个）探测器发送的信标，得到两个（或多个）探测器信标的相关相位，并在探测器间进行差分，由于信号传播路径基本相同，因此通过差分可以有效削弱信号传播路径上的大气、电离层以及设备等引起的误差，从而得到高精度的探测器相对定轨定位结果[3]。
五、“天问一号”篇
火星探测项目是中国继载人航天工程、嫦娥工程之后又一个重大空间探索项目，也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。
2016年1月，我国首次火星探测任务正式得到国家批准立项。
2020年7月，我国进行首次自主火星探测任务“天问一号”。
“天问一号”由我国目前最大运力的长征五号火箭进行发射。“天问一号”火星探测器将一次性实现环绕、着陆和巡视任务，分别由环绕器、着陆巡视器来完成。环绕器运行在环绕火星的轨道上，既可以自主进行全球性、综合性的环绕探测任务，也可以进行中继通信；着陆机构负责携带巡视器安全着陆到火星上去，巡视器负责在火星表面进行区域巡视探测。
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长征五号遥三运载火箭（图片来源：中国航天科技集团）
写在最后
北京时间7月20日，中国火星探测任务“天问一号”在海南文昌发射基地发射升空，正式拉开我国行星探测的大幕。
2021年5月15日，“天问一号”成功着陆火星，中国成为继美国之外第二个掌握火星着陆巡视技术的国家，同时也是世界上首个探索火星便完成软着陆任务的国家。
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火星探测器飞行效果图（图片来源：国家航天局）
“天问一号”火星探测任务，名字取自屈原长诗《天问》，任重道远，意义重大，虽难度极大，但中华民族充满信心，也做好了充足的科技准备，它承载着中华民族乃至全世界对真理追求的坚韧和执著。
参考资料：
[1] 刘庆会. 火星探测VLBI测定轨技术. 2018. 深空探测学报. 5, 5.
[2] 吴伟仁. 深空测控通信系统工程与技术.
[3] 刘庆会. 同波束VLBI技术在深空探测器测定轨中的应用. 遥测遥控.
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